Cálculo hidráulico
Páginas: 8 (1852 palabras)
Publicado: 27 de abril de 2014
Cálculo hidráulico: Especificación Diámetro de Línea, Bomba y Válvula de Control
Se debe efectuar el cálculo hidráulico de la línea de alimentación de agua a las calderas para
determinar el diámetro de la línea y seleccionar la bomba adecuada y la válvula de control. El
flujo de agua proviene del recipiente desaireador F-105, ubicado a una altura de 10 m, y debe
ser impulsado por la bombaJ-105 hacia el domo de la caldera B-101, ubicado a una altura de 3
m, pasando a través del sistema de control de flujo V-115 y del precalentador de agua C-104,
como se aprecia en el isométrico de la línea (ver Figura 1).
Figura 1: Isométrico de línea del Desaireador F-105 a Caldera B-101
El recipiente F-105 se encuentra a 2 kg/cm2, a una temperatura de 120°C, mientras que el domo
opera a unapresión de 110 kg/cm2.
Bases de Diseño
1. El diámetro de cañería se calcula a partir de la ecuación de continuidad, para lo cual se
considera una velocidad de succión de aproximadamente 0.7 m/s y una velocidad de
descarga de 2.5 m/s
2. La pérdida de carga de la válvula de control corresponde al 40% de la pérdida de carga total
por fricción, y debe ser de al menos 15 psig.
3. Seconsidera un caudal máximo un 25% superior al caudal de diseño.
4. Para el caudal de operación la abertura de la válvula de control debe ser de un 50 a un 70%.
5. La válvula de control es de tipo equiporcentual, ya que corresponde a un control de flujo.
6. Se estima una pérdida de carga del precalentador de agua C-104 de 2 kg/cm2
Determinación del diámetro de cañería
De acuerdo a las velocidadesrecomendadas antes expuestas, se determina el diámetro de la
línea a partir de la ecuación de continuidad.
√
Dado que las velocidades de succión (0,7 m/s) y descarga (3 m/s) son distintas, se obtendrán
distintos diámetros para succión y descarga. El flujo circundante corresponde a 90 m3/h (0,025
m3/s), luego:
√
√
Balance Estático
Se determina la diferencia de altura física de losequipos, obteniéndose una diferencia negativa,
ya que el desaireador se encuentra 10 m sobre el nivel del mar (en plataforma), lo cual favorece
el NSPH disponible del sistema.
La diferencia de presión de los recipientes corresponde a:
Por lo tanto, la curva estática del sistema (altura inicial del diagrama H vs Q) corresponde a
Pérdida de carga en la línea
Luego, se calcula la perdidade carga por fricción en la cañería (pérdidas regulares) y por los
accesorios presentes en ella (pérdidas singulares). Una vez obtenidas estas pérdidas, junto con la
curva estática, es posible encontrar la curva del sistema.
Las pérdidas de carga regulares y singulares se pueden obtener mediante la siguiente relación
Darcy-Weisbach, válida para una cañería llena.
̅
Donde
f: Factor defricción de Darcy (adimensional)
L: Largo de la cañería
D: Diámetro de la cañería
̅ : Velocidad del fluido en la cañería
Ésta ecuación depende del factor de fricción de Darcy, el cual puede ser obtenido a partir de un
diagrama de Moody, o bien, a partir de correlaciones empíricas.
Una correlación ampliamente utilizada es la de Colebrook, la cual relaciona el factor de fricción
Darcy con elReynolds del sistema y la rugosidad relativa de la cañería.
√
Donde, Re corresponde al número de Reynolds, dado por
, y es la rugosidad relativa
de la cañería.
Dado que los diámetros de la succión y la descarga son distintos, se obtienen los dos factores.
Las propiedades del fluido corresponden a: Densidad de 998 kg/m 3, viscosidad dinámica de
0,01 kg/ms. La rugosidad de la cañería,correspondiente a acero comercial, se establece en
0,0001 m.
En la siguiente tabla se aprecia un resumen con los valores de diámetro, Reynolds, de rugosidad
relativa, del factor de Darcy y el largo de la línea, tanto para succión como descarga.
Succión
Descarga
D (m)
0,21 (8”)
0,10 (4”)
L (m)
27,5
118,2
0,7
3,0
Re
148972
308400
fD
0,0193
0,0209...
Se debe efectuar el cálculo hidráulico de la línea de alimentación de agua a las calderas para
determinar el diámetro de la línea y seleccionar la bomba adecuada y la válvula de control. El
flujo de agua proviene del recipiente desaireador F-105, ubicado a una altura de 10 m, y debe
ser impulsado por la bombaJ-105 hacia el domo de la caldera B-101, ubicado a una altura de 3
m, pasando a través del sistema de control de flujo V-115 y del precalentador de agua C-104,
como se aprecia en el isométrico de la línea (ver Figura 1).
Figura 1: Isométrico de línea del Desaireador F-105 a Caldera B-101
El recipiente F-105 se encuentra a 2 kg/cm2, a una temperatura de 120°C, mientras que el domo
opera a unapresión de 110 kg/cm2.
Bases de Diseño
1. El diámetro de cañería se calcula a partir de la ecuación de continuidad, para lo cual se
considera una velocidad de succión de aproximadamente 0.7 m/s y una velocidad de
descarga de 2.5 m/s
2. La pérdida de carga de la válvula de control corresponde al 40% de la pérdida de carga total
por fricción, y debe ser de al menos 15 psig.
3. Seconsidera un caudal máximo un 25% superior al caudal de diseño.
4. Para el caudal de operación la abertura de la válvula de control debe ser de un 50 a un 70%.
5. La válvula de control es de tipo equiporcentual, ya que corresponde a un control de flujo.
6. Se estima una pérdida de carga del precalentador de agua C-104 de 2 kg/cm2
Determinación del diámetro de cañería
De acuerdo a las velocidadesrecomendadas antes expuestas, se determina el diámetro de la
línea a partir de la ecuación de continuidad.
√
Dado que las velocidades de succión (0,7 m/s) y descarga (3 m/s) son distintas, se obtendrán
distintos diámetros para succión y descarga. El flujo circundante corresponde a 90 m3/h (0,025
m3/s), luego:
√
√
Balance Estático
Se determina la diferencia de altura física de losequipos, obteniéndose una diferencia negativa,
ya que el desaireador se encuentra 10 m sobre el nivel del mar (en plataforma), lo cual favorece
el NSPH disponible del sistema.
La diferencia de presión de los recipientes corresponde a:
Por lo tanto, la curva estática del sistema (altura inicial del diagrama H vs Q) corresponde a
Pérdida de carga en la línea
Luego, se calcula la perdidade carga por fricción en la cañería (pérdidas regulares) y por los
accesorios presentes en ella (pérdidas singulares). Una vez obtenidas estas pérdidas, junto con la
curva estática, es posible encontrar la curva del sistema.
Las pérdidas de carga regulares y singulares se pueden obtener mediante la siguiente relación
Darcy-Weisbach, válida para una cañería llena.
̅
Donde
f: Factor defricción de Darcy (adimensional)
L: Largo de la cañería
D: Diámetro de la cañería
̅ : Velocidad del fluido en la cañería
Ésta ecuación depende del factor de fricción de Darcy, el cual puede ser obtenido a partir de un
diagrama de Moody, o bien, a partir de correlaciones empíricas.
Una correlación ampliamente utilizada es la de Colebrook, la cual relaciona el factor de fricción
Darcy con elReynolds del sistema y la rugosidad relativa de la cañería.
√
Donde, Re corresponde al número de Reynolds, dado por
, y es la rugosidad relativa
de la cañería.
Dado que los diámetros de la succión y la descarga son distintos, se obtienen los dos factores.
Las propiedades del fluido corresponden a: Densidad de 998 kg/m 3, viscosidad dinámica de
0,01 kg/ms. La rugosidad de la cañería,correspondiente a acero comercial, se establece en
0,0001 m.
En la siguiente tabla se aprecia un resumen con los valores de diámetro, Reynolds, de rugosidad
relativa, del factor de Darcy y el largo de la línea, tanto para succión como descarga.
Succión
Descarga
D (m)
0,21 (8”)
0,10 (4”)
L (m)
27,5
118,2
0,7
3,0
Re
148972
308400
fD
0,0193
0,0209...
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