Diametro economico en tuberias

RESUMEN.
Un tema muy importante para considerar, en el diseño de obras de abastecimiento de agua potable y otras instalaciones de conducción de fluidos, es la elección del diámetro económico, este considera un aspecto económico en el diseño.
Inicialmente se hará una introducción contemplando aspectos generales del tema. Para luego mostrar las definiciones sobre líneas de conducción eimpulsión.
Continuaremos con la evaluación de la fórmula de BRESSE, y la demostración de la misma.
Posteriormente se presenta un método numérico para la determinación del diámetro más económico de la tubería de un sistema de línea de conducción. En esencia, se procura un diámetro que anule el valor de función derivada de la función del costo dependiente del diámetro y basada en las premisas anteriores.En el método se tienen en cuenta los costos de instalación y explotación en función del material, líquido transportado y régimen de escurrimiento.

Finalmente, en el anexo se presenta un trabajo para líneas de impulsión.

INTRODUCCION

FOTO: ESTACION DE BOMBEO

I.- INTRODUCCION.
Cuando se genera la necesidad de transportar un caudal Q, de un fluido dado a lo largo de cierta distancia; deinmediato se piensa en la utilización de tubería para lograr tal fin. Ahora se abordará el tema desde el punto de vista económico.
Por el hecho que la tubería circular tiene la geometría óptima para el transporte de fluidos (además de varias razones técnicas); solo se considera esta en el presente artículo.
La razón económica por la cual se afirma lo anterior, es que el círculo es la formageométrica que tiene mayor área con el menor perímetro (y por lo tanto requiere menos material para su construcción).
Al momento de seleccionar el diámetro de la tubería no solo se debe considerar un criterio técnico (capacidad y resistencia); sino también debe estar basado en un criterio económico.
El criterio económico que será propuesto está sustentado en el análisis del Costo Total del Ciclode Vida para una longitud de tubería dada.
Dicho Costo Total incluye el costo inicial de instalación (costo fijo o de capital), más el costo de operación (bombeo) en el cual se incurre a lo largo de todo el tiempo de trabajo de la tubería.
El sentido común nos indica que el valor de la tubería aumenta, en la medida en que el diámetro aumenta. Y haciendo una análisis somero, se puede evidenciarfácilmente que las pérdidas de energía generadas por la fricción (y por consiguiente el consumo de energía), para un caudal Q fijo, disminuye en la medida en que la tubería es de mayor tamaño.
En concreto, todos los diámetros de tubería tienen un costo de instalación fijo y un costo de operación que crece exponencialmente en la medida en que se aumenta el caudal (Ver gráfica 1).

Gráfica 1.Como se puede ver en la gráfica anterior, cuando el caudal es bajo, el costo de operación también es bajo, pero esta última crece exponencialmente en la medida en que se incrementa el caudal manejado.
Cuando el caudal es bajo el mayor porcentaje del costo total se le atribuye al costo de instalación, pero en la medida que dicho caudal aumente, el costo de operación crece muy rápido, y muyfácilmente, duplica o triplica el costo de instalación.
Lo expuesto anteriormente, fue con la intención de mostrar los dos componentes de costo y su comportamiento, para un diámetro de tubería dado, en función del caudal Q manejado.
- Ahora se analizará el comportamiento de dos tuberías de diferente diámetro sobre la misma gráfica, esto con el fin de poder comparar el Costo Total del Ciclo de Vida decada una de las dos tuberías (Ver gráfica 2).

Gráfica 2
La tubería A (pequeña) tiene un costo de instalación inicial bajo y, a caudales bajos, es la alternativa más económica.
En la medida en que el caudal se incrementa, el costo de operación de la tubería pequeña incrementa más rápidamente, hasta el punto donde el costo total para la tubería pequeña es alto.
Ahora, para poder...