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Determinacion Diametro de tuberia

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Determinacion Diametro de tuberia

Notapor sebastiancortez » Mar Jul 21, 2009 7:56 am

hola a todos, tengo un gran problema.....necesito diseñar un banco de flujos y me ha complicado mucho el determinar el diametro de la tuberia. Por ahora estoy tratando de calcular el diametro de la succion, tengo un rango de caudal entre 50 y 400 m3/h y ya tengo las dimensiones del banco. El mayor problema es que el banco esta construido ya se han seleccionado las bombas, los diametros, accesorios, etc y mi diseño debe coincidir con lo que esta montado, debo diseñarlo asumieno que no existe lo cual no es asi. Ojala haya expresado bien la problematica y ojala alguien pueda guiarme para proceder ya que necesito hacer la memoria da calculos de este, por un lado para la empresa (corroborando que las instalaciones estan bien dimensionadas y en su defecto proponer el rediseño) y por otro para la universidad ( por eso debo diseñar como si no existiera, ya que si solo hiciera los calculos el tema seria debil por lo que me propusieron adueñarme del diseño y si es posible mejorarlo pero procurando realizar los menos cambios posibles).. gracias a todos por la atencion
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Re: Determinacion Diametro de tuberia

Notapor PELS » Mar Jul 21, 2009 9:10 am

No entiendo a que te refieres con Banco de Flujo .....

Tu diseño debiese supeditarse a la econonomía. ¿Y Cómo?

Pues bien, date algunas alternativas de material (por ejemplo ACERO, HDPE, PVC, PEXGOL, ETC) y evalúa económicamente las alternativas las que no necesariamente tendrán el mismo diámetro.

Supongamos que estás evaluando el ACERO, generalmente la opción más económica para este (y otros materiales) será el de menor diámetro. Luego busca el diámetro mínimo que te permita transportar los 400 m3/h, con las pérdidas friccionales del sistema (utiliza la ecuación de Hazzen Williams para ello, es la más simple y da buenos resultados utilza el "C" de la ecuación correspondiente a una tubería usada y no nueva, porque debes diseñar para toda la vida útil del sistema). Por Ejemplo si tienes 20 metros de columna de agua (de energía) para perder en tu recorrido impone la pérdida de 20mca desde el inicio al final de la tubería, para los 400 m3/h. Puedes buscar el diámtro teórico óptimo y luego ves cuales son las alternativas comerciales y adoptas la que tenga el diámtro interior inmediatamente superior al que calculaste de manera teórica. O También puedes iterar con los valores comerciales. Es importante que acotes bien cuanta energía puedes perder (debes saber tu presión de entrada a la tubería, y tu presión de salida, para todas las alternativas). Además debes saber las presiones máximas en tu tuberías, para saber que clase usar (hay distintas tuberías de acero que soportan distintos rangos de presiones, y eso también tiene un precio. Mientras más presión soportan, más caras salen). Te sugiero partir probando con las tuberías menos robustas, y verificar si resisten la presión, de lo contrario ir avanzando hasta la tubería que aguante.

Para el caudal que buscas, te sugiero ver también el HDPE, que probablemente te dé un diámetro menor (son menos rugosas que las de acero). EL PVC no me gusta, porque es muy frágil. El PEXGOL es una buena alternativa, pero es más caro que el HDPE, pero su instalación es más barata.

Si tu flujo no fuera a presión, debes hacer un cálculo parecido, pero con las ecuaciones de acueducto, y en ese caso suponer que se inunda no más del 75% del tubo.


Saludos PELS
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Re: Determinacion Diametro de tuberia

Notapor sebastiancortez » Mar Jul 21, 2009 10:06 am

Pels.. gracias por el comentario.... con banco de flujos me refiero a realizar un circuito hidraulico que tomara agua de un estanque, abierto, con carga de succion. Una bomba permitira la recirculacion del agua por el circuito y la descarga es en el mismo estanque, este permitira comparar flujos a traves de valvulas, para ver cavitacion, etc.

a ver si entendi bien, la altura estatica de succion que tengo disponible es de 5 mts ya que es la que me da el estanque disponible para almacenar el agua (este seria el H de la Formula de Hazzen Williams? seria lo mismo si utilizo la ec de Darcy?)

el diametro minimo optimo seria el calculado con la formula de Hazzen Williams? Como determino las presiones de entrada, salida y maxima?

Como menciono en el Primer post, lo que mas me complica es hacer coincidir los valores del diseño, (que debo hacer como si no hubiese nada y basado solo en el caudal, dimensiones del banco en cuanto a las longitudes de las tuberias y la altura de succion que me da el estanque con el que se cuenta) con los del banco que ya existe... no se si logre explicar bien eso....

saludos y gracias
sebastiancortez
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Re: Determinacion Diametro de tuberia

Notapor ing_jod » Mar Jul 21, 2009 1:57 pm

sebastiancortez escribió:Pels.. gracias por el comentario.... con banco de flujos me refiero a realizar un circuito hidraulico que tomara agua de un estanque, abierto, con carga de succion. Una bomba permitira la recirculacion del agua por el circuito y la descarga es en el mismo estanque, este permitira comparar flujos a traves de valvulas, para ver cavitacion, etc.

a ver si entendi bien, la altura estatica de succion que tengo disponible es de 5 mts ya que es la que me da el estanque disponible para almacenar el agua (este seria el H de la Formula de Hazzen Williams? seria lo mismo si utilizo la ec de Darcy?)

el diametro minimo optimo seria el calculado con la formula de Hazzen Williams? Como determino las presiones de entrada, salida y maxima?

Como menciono en el Primer post, lo que mas me complica es hacer coincidir los valores del diseño, (que debo hacer como si no hubiese nada y basado solo en el caudal, dimensiones del banco en cuanto a las longitudes de las tuberias y la altura de succion que me da el estanque con el que se cuenta) con los del banco que ya existe... no se si logre explicar bien eso....

saludos y gracias



tienes que hacer un balance de energia entre la superficie libre del estanqe de llegada y salida. Si ambos estan a la misma presion (atmosferica) estas se anulan. En la ecuacion se debe considerar las perdidas de energia por friccion y singularidades ademas de otros parametros, para las perdidas de energia por friccion existen varias ecuaciones como darcy y HW. El colega lo que te propone es usar la de HW por su simplicidad , si utilizas darcy habra que entrar en una iteracion mas tediosa.

Como se conoce el caudal, la unica incognita seria el diametro de la tuberia, el cual debe cumplir con la ecuacion de balance de energia planteada mas los requisitos de velocidades maximas de escurrimiento en la tuberia. El material de la tuberia se selecciona segun las presiones internas inducidas por la bomba y las posibilidades de existencia del golpe de ariete.

segun estas condiciones, tu diseño deberia ser muy semejante al sistema que esta construido (si esta bien calculado). Te recomiendo realizar tus calculos no considerando que el sistema esta construido y segun tus resultados mas las restricciones de diseño, ir ajustando tu solucion.


saludos
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Re: Determinacion Diametro de tuberia

Notapor PELS » Mié Jul 22, 2009 7:38 am

sebastiancortez escribió:Pels.. gracias por el comentario.... con banco de flujos me refiero a realizar un circuito hidraulico que tomara agua de un estanque, abierto, con carga de succion. Una bomba permitira la recirculacion del agua por el circuito y la descarga es en el mismo estanque, este permitira comparar flujos a traves de valvulas, para ver cavitacion, etc.

a ver si entendi bien, la altura estatica de succion que tengo disponible es de 5 mts ya que es la que me da el estanque disponible para almacenar el agua (este seria el H de la Formula de Hazzen Williams? seria lo mismo si utilizo la ec de Darcy?)

el diametro minimo optimo seria el calculado con la formula de Hazzen Williams? Como determino las presiones de entrada, salida y maxima?

Como menciono en el Primer post, lo que mas me complica es hacer coincidir los valores del diseño, (que debo hacer como si no hubiese nada y basado solo en el caudal, dimensiones del banco en cuanto a las longitudes de las tuberias y la altura de succion que me da el estanque con el que se cuenta) con los del banco que ya existe... no se si logre explicar bien eso....

saludos y gracias


No, no es la altura de succión, sino que la presión que aporta al sistema tu bomba, para el caudal máximo. Esta presión la determinas según la curva característica de la Bomba. Si tienes una bomba de eje horizontal debes asegurarte que tanto el caudal mínimo, como el máximo se encuentren dentro del rango de operación del circuito, sino la fundirás. Si tu bomba es de eje vertical (como las que usan los pozos profundos), puedes funcionar en un rango de caudales un poco menor que el que indica la curva, caraterística, pero te aseguro que en tal caso por lo menos el agua te saldrá tibia.

Da lo mismo como calcules las fórmulas fricionales, a mi me gusta Hazen Williams, porque es la más simple de todas, y siempre que he verificado con fórmulas más complicadas, me ha dado lo mismo. Además en internet encuentras fácil los parámetros de esa fórmula para distintos materiales. No obstante lo anterior, si te acomoda usar Darcy, no hay problema. En forma adicional a las fórmulas friccionales debes considerar también las pérdidas singulares. Para la válvula, y al ojo, yo me daría 20 mca, y si tienes un caudalímetro por ahi mecánico, 5mca más y el resto de las piezas especiales, yo me daría un 10% de las pérdidas que calcules por fricción.

Finalmente debes verificar el material de la tubería para que soporte la presión máxima de la línea que da tu bomba, para el caudal mínimo, que es cuando tendrás tu máxima presión. (por lo menos el fragmento de la linea hidraulica que se encontrará antes de tu válvula).

Saludos

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Re: Determinacion Diametro de tuberia

Notapor jvidal » Jue Jul 23, 2009 11:17 pm

Hola sebastiancortez:

A mi me parece más un problema de verificación que de diseño en una primera fase.

Lo que creo debes hacer es determinar la curva del sistema (el cual ya se encuentra construido) considerando las pérdidas singulares y regulares (al igual que PELS y ing_jod te recomiendo la formula de H-W para las regulares).
Luego deberias cruzar esta curva con las curvas caracteristicas de las bombas (ya sea funcionen en serie, en paralelo o en forma individual) y verificar que se cumplan los rangos de operacion de caudales deseados.
Posteriormente deberias verificar las presiones en las tuberias para los caudales de operacion y lo que sea necesites (como la eficiencia de las bombas).
Luego puedes proponer cambios en los diametros o materiales calculando nuevas curvas de sistema para cada opción y por ende nuavos puntos de operación comparándolos ya sea en cuanto a costos de construccion, costos de operacion en relacion con la potencia necesaria o ambos.

Espero te sirva la respuesta, sino consulte no más.
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Re: Determinacion Diametro de tuberia

Notapor sebastiancortez » Lun Jul 27, 2009 7:51 am

Sres, gracias a todos por las respuestas, con vuestra ayuda, pude finalmente calcular los diametros de las tuberias y calzarlos con los diametros que estaban instalados.... asi que muchas gracias....

Ahora me encuentro con otro problema, en una parte del banco, va una tuberia de 8pulg la cual se une a una tuberia que debe contener otras tuberias que salen de ella, de 12, 10, 8 y 6 pulg, estas salen perpendicularmente, creo que a esta tuberia se le llama manifold. Como la tuberia que viene a continuacion de la de 8 pulg, debe contener a una de 12 pulg (diametro maximo que debe salir de esta) el diametro de esta debera ser como minimo de 12 pulgadas. Ahora, en el cambio de diametro actual hay un cambio brusco de 8 a 12 pulg. imagino que un cambio brusco no es la mejor opcion y que la mejor seria un ensanchamiento gradual, esta correcta mi suposicion? que otras cosas deberia considerar en el diseño de esta tuberia de 12 pulgadas? ( de la tuberia de 12 pulg, saldran 2 tuberias de 12, 2 de 10, 2 de 8 y 2 de 6 pulgadas), espero haberme explicado bien... por las dudas, adjunto un dibujo..otra cosa es como debo tomar las perdidas de carga en esa tuberia de 12 pulgadas, debo aclarar que de esas 8 tuberias que saldran de la tuberia de 12 pulgadas solo por una pasara fluido, las otras estaran cerradas, la idea de poner 8 es poder utilizarlas con elementos de distintos diametros. gracias de nuevo a todos por la ayuda
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Re: Determinacion Diametro de tuberia

Notapor PELS » Lun Jul 27, 2009 1:57 pm

despues de un vistazo rápido a tu esquema, lo que más me preocuparía es que la bomba funcione dentro de su rango de operación. Y si no fuera el caso pensaría en poner una bomba en paralelo (pero pensando en la operación de una sóla a la vez para no complicar el asunto) para ampliar el rango de operación.

Los ensanches bruscos inducen pérdidas friccionales mayores al sistema, por lo que si estuviera en diseño pondría una reducción, pero si ya está construido y funciona, no veo porque añadir la pieza especial. Tal vez te convenga investigar si puede ocurrir cavitación por el ensanche brusco, pero no creo.



Saludos

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Re: Determinacion Diametro de tuberia

Notapor sebastiancortez » Mar Jul 28, 2009 12:15 pm

señores, eme aqui con nuevas preguntas, este banco me ha dado mas de un problemilla... les cuento, pasa que calcule las perdidas de carga del sistema completo y me da un resultado muy por debajo de los parametros de funcionamiento de la bomba, el punto optimo de la bomba es 50 mca a 150 m3/h con 77% de eficiencia y segun mis calculos la perdida de carga del sistema esta por los 12 mca, lo que me hace concluir que la bomba es my grande para lo que esta instalado. estoy muy confundido en como proceder, les aclaro que el banco tiene como fin calibrar flujometros por medio de la comparacion de los datos entregados por un patron, contrastados con los del flujometro a calibrar, por lo que necesito que el flujo de agua que atraiese tanto al patron como al flujometro a calibrar no genere perturbaciones en la medida. Del esquema que adjunte en el msj anterior, podran observar que el patron esta en la parte de arriba y el flujometro a calibrar en la parte de abajo. Pienso que puedo haberme equivocado en darle valores a las longitudes equivalentes de los accesorios, la verdad es que he encontrado varias tablas y entre ellas me dan valores distintos, leyendo por ahi, he visto que dichos valores no son genericos, pues dependen del fluido, diametro de tuberia, temperatura, etc... por lo que si me facilitaran alguna tabla de donde poder obtener esos valores se los agradeceria mucho, el fluido es agua a 20°C.

Otra cosa que me ha traido problemas es que longitud equivalente darle al elemento flujometro a calibrar, ya que en general seran distintos flujometros y no se de donde poder obtener dicho valor, el patron no es problema, porque tengo el catalogo y en el salen las caidas de presion para un fjujo determinado, y de ahi obtuve la perdida de carga.

Ahora estoy volviendo a realizar los calculos, sin tomar en cuenta la bomba y estoy comenzando por calcular bernoulli entre el punto 1 (nivel del agua en el estanque o altura estatica de succion) y el punto de descarga de donde obtendre el Hb y supongo que con eso podre obtener los parametros para la seleccion de la bomba.. espero no ser muy confuso y puedan ayudarme a resolverlo, ya que se me esta acabando el tiempo y preciso terminarlo antes de 2 semanas, ya que lo estoy desarrollando como trabajo para la universidad y debo entregar los avances y este es parte del trabajo completo... agradecido de la atencion ya yuda

saludos
sebastiancortez
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Re: Determinacion Diametro de tuberia

Notapor PELS » Mar Jul 28, 2009 7:52 pm

Sebastían, en general si tienes menos pérdidas que las de presión que aporta al sistema tu bomba, está bien, ya que para eso están las válvulas (las válvulas tienen una pérdida que puedes calcular completamnete abierta, pero al cerrarlas lo que haces es aumentar las pérdidas (presión o energía) del sistema.

Pienso que no debieses tener problemas por perder hasta 30 mca en una válvula. Si tienes que inducir perdidas mayores seguramente puedes tener problemas de cavitación que destruirán tu válvula si haces funcionar tu sistema de manera continua en esas condiciones. Tal vez le puedas preguntar la fabricante o distribuidor de las válvulas cuanto puedes perder.

Por otra parte, si tu bomba es de eje horizontal, insisto en que debes acotar el rango de caudales de operación de tu sistema al rango de operación de la bomba. Dijiste que tu bomba operaba en su máxima eficiencia con 150m3/h, pero ... ¿ puede operar con 400 m3/h? ¿puedes operar con 50m3/h?.
Debes calcular tu sistema no sólo operando con 150 m3/h, si no que con los caudales máximos y mínimos de operación.

La forma que puedes ampliar el rango de operación del sistema es colocando otra bomba en paralelo.

para poder calibrar los nuevos flujómetros debes asegurarte que los flujómetros los puedas colocar a una distancia apropiada (según las indicaciones de los fabricantes) de singularidades (codos, curvas o tee). ESta indicación es válida tanto para los flujómetros que vas a calibrar, como el flujómetro patrón.

SAludos

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Re: Determinacion Diametro de tuberia

Notapor sebastiancortez » Mié Jul 29, 2009 10:16 am

Pels, gracias nuevamente por el apoyo, con respecto a la bomba en paralelo, no deberia tener problemas con los rangos de caudales, al menos no con lel maximo que requiero, ya que cuento con otra bomba que en condiciones de maxima eficiencia aporta con 400 m3/h, si debo calcular que pasa con el caudal minimo.

Ahora me estoy enfoncando en como generar las perdidas en el sistema para ajustarme a las dos bombas. La mas pequeña tiene una altura de 50 mca y la mas grande (400m4/h) 26 mca. Estoy pensando solucionar esto, colocando una valvula de mariposa en la tuberia de descarga, la que sale del manifold, segun un programa que provee el fabricnte de valvulas fisher, la valvula que seleccione, puede manejar el flujo de 400 m3/h con un 30% de apertura de esta y con una perdida de carga de 3,01 kgf/cm2 aprox. por lo que segun mi apreciacion, seria suficiente para manejar las perdidas,pero ademas quiero aprovechar las valvulas de mariposa que estan en la salida de las lineas donde estan montados los flujometros a calibrar pero como no tengo los manuales de todos los flujometros y no se como asegurar que esta estrangulacion del flujo afectara en la medicion de dicho flujometro, entiendo que hay algunos criterios que expresan que estos elementos deben ubicarse entre 5 y 10 veces el diametro de la tuberia, aguas arriba del flujometro, para posibilitar un flujo laminar al entrar el fluido al flujometro a calibrar, pero no s si ala un criterio similar para hacerlo aguas abajo.... tienes informacion de esto?

con respecto al sensor patron, no deberia tener problemas en la medicion, ya que segun lo que dice en el catalogo, el montaje de este estaria bien en cuanto a la ubicacion de los elementos (codos, ensanchamientos y reducciones)

espero tus comentarios o los de cualquiera que tenga competencia en el tema..

gracias a todos
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Re: Determinacion Diametro de tuberia

Notapor PELS » Jue Jul 30, 2009 7:39 am

De acuerdo a mi experiencia es muy dificil operar de manera simultánea 2 bombas distintas al mismo tiempo colocadas en paralelo. Si colocas 2 bombas en paralelo con curvas características distintas te sugiero operar una o la otra, pero nunca las 2 al mismo tiempo.

Para operar dos bombas en Paralelo ambas deben ser iguales. Se puede operar con dos bombas distintas, pero es muy dificil, y más en un sistema en que deseas variar los caudales constantemente.

Ante esto te sugiero operar con una bomba para barrer cierto rango de caudales, y operar con la otra bomba para barrer otro rango de caudales.


Saludos

PELS

PD: No tengo antecedentes de condiciones para la colocación de flujómetros, sólo sé que existen. A lo mejor les puedes preguntar a los que los venden.
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Re: Determinacion Diametro de tuberia

Notapor sebastiancortez » Jue Jul 30, 2009 8:02 am

Pels, la idea precisamente es esa, operar las bombas individualmente en funcion de los caudales que se requieran.. desconocia la posibilidad o dificultad de operar dos bombas distintas al mismo tiempo, gracias por el alcance, pero no tenia en mente hacerlo.

Con respecto a las perdidas de cargas para operar con la bomba de 150m3/h, logre generarlas utilizando por un lado las valvulas de mariposa que estan a la salida de la linea donde estan montados los flujometros a calibrar e instalando otra valvula de mariposa en la linea de descarga, pero deberian estar ambas con una apertura de entre 30 a 40%, es criterioso realizarlo de esa forma? por otro lado, no puedo generar perdidas de carga fijas en el sistema, ya que la otra bomba, requiere de 26 mca por lo que asumo que al momento de usar esa bomba, las valvulas mencionadas deberian estar con una apertura mucho mayor, es decir, estas valvulas en definitiva me permitiran manejar las perdidas para utilizar las dos bombas sin tener que reemplazarlas.... te agradeceria si me comentas respecto a eso, ya que mi experiencia en esto es practicamente nula, este es mi primer diseño y me faltan los criterios para hacerlo, como el que te consulto ahora respecto de si es posible o no mantener una valvula con tanta estrangulacion. Considera que el banco nunca va a funcionar continuamente por mucho tiempo, aun no me he metido en estimar los tiempo que se requeriran para las calibraciones pero segun me comentan, para una calibracion se utilizaba el banco por un tiempo de aproximadamente 30 minutos en forma continua....

saludos

:SM030:
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Re: Determinacion Diametro de tuberia

Notapor PELS » Jue Jul 30, 2009 1:35 pm

Debes preguntarle a tu "dealer" de válvulas si pueden operar en las condiciones de funcionamiento de tu sistema.
Como dije por ahí, "según yo" pérdidas de hasta 30 mca en una válvula no debiese ser mayor problema. Si tienes péridas mayores yo llamaría a los proveedores. Vi que eres de Chile, ve la página web de Dinagal, llámalos y pregúntales.

Si te dan respuestas, comenta en el foro, así todos aprendemos.


Saludos


PELS
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Re: Determinacion Diametro de tuberia

Notapor sebastiancortez » Jue Jul 30, 2009 2:40 pm

ok, te comento en cuanto lo resuelva
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Re: Determinacion Diametro de tuberia

Notapor sebastiancortez » Mar Ago 25, 2009 6:13 pm

hola a todos.... ya resolvi el tema de las bombas ahora necesito ayuda con respecto a las normas para seleccionar flanges y calcular la soldadura para la union de todos los componentes del banco se los agradecere mas aun si me orientan un poco con esto... tengo varias normas, entre ellas la B31.3 otras B31.X y otras mas, pero tengo mucho problema con el ingles y me estoy tardando mucho en poder definir cual de ellas tengo que utilizar y que puntos o capitulos en particular. bueno, espero sus comentarios y gracias nuevamente por la ayuda

saludos
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Re: Determinacion Diametro de tuberia

Notapor bombasdeagua » Sab May 07, 2011 3:33 pm

Debes tener cuidado con las vibraciones. En general, una velocidad dentro de las tuberias mayor a 1,5 m/s genera demasiada vibracion. Si la Bomba de Agua ya esta instalada, puedes controlar el caudal estrangulando la descarga.
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