15 noviembre 2012

Herramienta de cálculo de sistemas de tuberías (1ª PARTE)




Nuestra experiencia práctica indica que uno de los lugares más interesantes para mejorar los procesos son las tuberías. Tuberías y sistemas de transferencia de fluidos. Cuando la energía era barata el movimiento de fluidos no preocupaba demasiado y por ello la mayoría de los diseñadores usan planteamientos muy básicos como limitar la fricción por ejemplo 4 ft por cada 100 ft de tuberías, limitar la velocidad a 10 m/s o algunos similares. Estos métodos son fáciles de usar pero los resultados son que obtenemos diseños ineficientes. Nuestra experiencia en sistemas ineficientes con fluidos es que el consumo energético puede multiplicarse por 6 o por 7 en los casos más graves. En grandes instalaciones estamos ante enormes posibilidades de optimización. En una serie de artículos anteriores (ver Hidráulica de los sistemas de tuberías).

En esta ocasión nos centramos en las aplicaciones prácticas, incluyendo también un enlace a una herramienta excel que facilita la realización de los cálculos. Se trata de una herramienta de uso bastante sencillo que nos permite realizar un cálculo completo de un sistema de tuberías.

El dimensionado óptimo de una tubería es función de: 
  • Localización de la tubería en el sistema (si está o no en el circuito crítico).
  • Primer coste de la tubería instalada.
  • Costes de energía de bomba, que dependerán de la eficiencia de la bomba y el motor, tipo de sistema de distribución (caudal variable o constante), perfil de flujo anual a través del sistema además de la tubería en cuestión, tipo de control de tubería, tipo de control de la bomba (velocidad variable o curva de la bomba), etc.
  • Consideraciones de erosión (altas velocidades pueden contribuir a acelerar el deterioro de la pared de la tubería.
  • Consideraciones de ruido, tales como límites de velocidad para minimizar el ruido causado por turbulencia y proximidad de la tubería a áreas sensibles de ruido.
  • Restricciones de ruido.
  • Restricciones de presupuesto.
Tipo de sistema y temperatura del agua promedio

Las opciones del sistema incluyen agua fría, agua caliente, y agua del condensador. La elección del tipo de sistema impacta en el cálculo de energía anual. Para agua fría, el calor de la bomba se añade a la energía anual total, para agua caliente, se sustrae el calor de la bomba, y para el agua del condensador, el calor de la bomba se ignora.

La herramienta que presentamos optimiza el tamaño de la tubería para un circuito en un tiempo. Si se selecciona CRITICAL, la herramienta trata el circuito como circuito como crítico en el sistema, teniendo en cuenta el coste energético cuando determinamos la alternativa menos cara. Si se selecciona NON-CRITICAL, la herramienta trata el circuito como no crítico (2) y no toma en consideración los costes de energía para el dimensionado. En los circuitos no críticos se dimensiona de acuerdo a criterios de ruido y erosión. Cuando se selecciona NON-CRITICAL, se lee el resultado del coste de energía en el ciclo de vida debido a que no es posible calcular el consumo energético del circuito no crítico.

Si el circuito es NON-CRITICAL, y los límites de velocidad de erosión y ruido se apagan, entonces el tamaño de tubería optimizado será el tamaño de tubería disponible más pequeño. Esta selección impactará el consumo de energía anual. 

Operación del sistema

Seleccionamos Constant Flow/Constant Speed (CFCS), Variable Flow/Constant Speed (VFCS), Variable Flow/Variable Speed con Fixed Set Point (VFVSFSP). La selección de flujo variable reducirá el consumo energético anual de acuerdo con los factores especificados en Constant tab.

Horas por año de operación

Se introduce el número de horas estimadas de operación.

Espesor de aislamiento de tuberías

Se selecciona el aislamiento deseado en la tubería o ninguno. La opción del Title 24 automáticamente selecciona el espesor de aislamiento de código requerido para una temperatura de agua especificada y diámetro te tubería.

Esta entrada es uno de los tres que pueden ser aplicadas para anular las entradas del usuario para segmentos de tubería individuales en el Piping Circuit tab. Una vez se hace una selección, debe pulsarse el botón Apply junto a la entrada. Esto anulará todas las entradas en la columna de espesor de aislamiento en la página de Piping Circuit.

Límite de la velocidad del fluido por sensibilidad al ruido

Si el ruido es una preocupación, las velocidades pueden ser limitadas para minimizar el ruido causado por turbulencias. Si se selecciona YES y el tamaño de la tubería es elegido como auto, entonces el dimensionado de la tubería automatizado no permitirá que se exceda el límite de velocidad. Si seleccionamos YES y el tamaño de la tubería se elige manualmente, entonces la celda etiquetada en rojo indicará que se excede la velocidad de erosión máxima para un segmento de tubería particular. Estos límites (arrancando a 3 fps para tuberías de 3/4" e incrementando la linealidad a 20 fps para tuberías de 30" son dados en la Constants tab y pueden ser editados ahí.

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