13 abril 2013

Herramienta para dimensionar tuberías según Darcy-Weisbach




Presentamos una nueva herramienta que nos permite calcular la caída de presión en un caudal de líquido en una tubería usando la ecuación de Darcy-Weisbach. Esta ecuación fue derivada del caudal de agua y por lo tanto se asume que la densidad del fluido queda constante a lo largo de la tubería.

En el factor de fricción de la zona turbulenta (Re > 3000), f, se resuelve iterativamente usando la ecuación de Colebrook-White (que representa el diagrama de Moodey familiar):


En el factor de fricción de la zona laminar (Re < 2000) se resuelve usando la ecuación de Hagen – Poiseuille: f = 64 / Re

Nótese que las otras variaciones en la ecuación de flujo tales como las ecuaciones de Weymouth o Panhandle son simplificaciones de la aproximación anterior para permitir una solución analítica (no iterativa). Estas ecuaciones no son aplicables en un amplio rango de condiciones de flujo / tamaños de tuberías y fueron desarrolladas antes de los computadores personales.

Espesor de la pared

El espesor de la pared mínima se calcula basándonos en la tensión orbital causada por el fluido presurizado en la tubería. Varias ecuaciones ligeramente diferentes están en uso (para tuberías de proceso o redes de tuberías). ISO13 usa la fórmula de Lame.

Sy = (Pint - Pext).(D - t)/(2t.F)

ASME B31.4 usa la ecuación de Barlow que es una simplificación de la ecuación de Lame:

Sy = P.Do/(2t.F

Para tuberías de procesos, ASM B31.3 usa:

Sy = PDo/(2t.F) - P.F2

Sy es el límite elástico a la temperatura de diseño máxima. D es el diámetro exterior nominal. Do es el diámetro y F es un factor de diseño (no exactamente el mismo en cada caso). La forma general de la ecuación es similar y dado que el espesor de la pared luego se traslada a un espesor de la pared estándar el resultado es probablemente muy similar.

Basado en el espesor de la pared mínima un espesor de la pared puede ser seleccionado de una tabla de tamaños de tubería estándar (c/- ANSI 36.10). Esto se hace automáticamente vía una búsqueda que permite rápida sensibilidad en el diámetro que se llevará a cabo sin tener que revisitar el cálculo del espesor de la pared cada vez. Sin embargo, si deseamos considerar un espesor de pared específico es posible sobreescribir.

La herramienta puede descargarse aquí.
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