Diámetro Optimo

Diámetro óptimo de tuberías para fluidos no newtonianos por el modelo de ley de la potencia.

Luz E. Ortega
Universidad de córdoba.

En este artículo se realiza un estudio de las características reológicas de los fluidos, se realiza un estudio de la selección del diámetro de tuberías en sistema de bombeo de fluidos no newtonianos viscosos, dándose las correlaciones y métodos más utilizados.Palabras claves: diámetro, reologico, tubería.

This article is a study of the rheological properties of fluids, is a study of the selection of pipe diameter pumping system viscous non-Newtonian fluids, giving correlations and methods used.

Keywords: diameter, rheological, pipe.

Introducción

Diámetro óptimo de una tubería. El tamaño más económico de una tubería de conducción es aquelpara el cual la suma de los costos fijos (CFijo inv) y los costos variables (Cvariables inv) del sistema son los menores. Los costos fijos son los costos relacionados a la inversión de capital en la instalación de la tubería, Los costos variables son aquellos relacionados a los costos de operación del sistema. El análisis que se realiza, por lo general los costos de operación incluyen solamentelos costos de energía. Los costos de mantenimiento (CMant) no se pueden predecir con certeza, y no se consideran en el costo total para distintos diámetros. (5)

Ctotales de inv: Cfijos inv + Cvariables inv (1)

CFijos inv :Ctub.+CBom.+CAcc Tub.+Cinst Bom.+Cinst tub. (2)

Cvariables inv : Cexplotaciòn + CMant (3)

Los costos implicados en la función anterior están referidos a diferentesbases temporales. CFijos inv, tienen un momento puntual, mientras que los Cexplotaciòn + CMant (fundamentalmente los costes energéticos), los cuales van a estar presentes a lo largo de toda la vida útil de la instalación. Para poder relacionar los y tipos de costos, deberán referirse a una base común, un período de referencia de duración anual, de forma que habrá que tener en cuenta los costosenergéticos a lo largo de todo un año y los costos de inversión amortizados (5). Para ello, utilizando el factor de amortización. Determinación de Costos Totales.

Donde r es la tasa de interés real y T el tiempo de amortización en años, se tiene:

Ctotales de inv anual :Cfijos inv *Famort +Cvariables inv (5)

De esta manera, el coste total del sistema se divide en dos términos: por un lado, elcosto amortizado de la inversión y, por otro, el de energía consumida durante un año.
Ésta es la función que hay que minimizar.

METODOLOGIA

La evaluación del diámetro óptimo, corresponde al estudio de las características de un fluido no newtoniano, en este caso el puré de manzana el cual tiene una densidad de 1037.7 kg/m3.

Establecimiento de los parámetros de diseño.

Datos del problema|
Q(L/h) |   | 12000 |
r(kg/m^3) |   | 1037,7 |
L(m) |   | 12,45 |
n |   | 0,645 |
K(pa.s^n) |   | 0,5 |
H(horas de trabajo) |   | 5760 |
i(%) |   | 15% |
Q(m^3/s) |   | 0,003333333 |
Z2(m) |   | 2,2 |
eficiencia |   | 0,6 |
t(años) |   | 6 |
gravedad(m/s) |   | 9,8 |
$/kw-h |   | 280 |
Le/D(valvula) | 7 |   |
Le/D(codo) | 30 |   |
Le/D(entrada) | 30 |   |Determinación Costos Totales de instalación y materiales.

Para el establecimiento de los costos totales de instalación y materiales se tomaron los costos de cada material (codo, válvula) los costos de tubería y los costo por metro de tubo para hallar los costos fijos totales para cada diámetro supuesto entre 0.25 y 2 pulgadas.
Para llegar a esto se hallo el número de Reynolds para cada diámetro ylas perdidas por fricción de los codos, válvulas y la potencia de la bomba.

Consumo de Energía.

Se procedió a estimar los costos de energía para cada año en un tiempo de 6 años para cada diámetro supuesto con precio de $280 kw/h.

Costos totales de inversión.

Se tomaron los datos obtenidos anteriormente para hallar los costos fijos y variables para cada diámetro en los seis años;...