Operaciones Unitarias I. Resolución de Problemas sencillos de Flujo a través de Tuberías
Prof. Jesús F. Ontiveros
1. TUBERIAS
Las tuberías son el medio usual utilizado en el transporte de fluidos, compresibles e incompresibles, en los procesos industriales y en las aplicaciones de la vida cotidiana. Los materiales de las tuberías y sus accesorios son variados, su escogencia depende deltipo de fluido y las condiciones en que se transportará, la presión y temperatura de diseño, del medio ambiente en que se instalará, etc.; es decir dependen de la aplicación específica del sistema. Entre los materiales metálicos se encuentran los aceros maleables, al carbono o inoxidables, las aleaciones de níquel, titanio y circonio. Algunos materiales no metálicos utilizados son el asbesto-cemento,grafito impermeable, concreto no reforzado, vidrio y una gran variedad de plásticos como polietileno, policloruro de polivinilo y polipropileno. [1,2] Las tuberías son descritas en términos de un diámetro externo (OD) y un diámetro interno (ID); en el caso de las tuberías de acero comercial1, una de las más comunes, la cédula o número de catálogo de la tubería se refiere al espesor del tubo. Losdiámetros normalizados (Dn) están comprendidos entre 1/8 y 30 pulg, y “las tuberías de otros materiales se fabrican también con el mismo diámetro externo que las de acero a fin de poder intercambiar las diversas partes de un sistema de conducción”. [3] Tabla 1. Diámetros Nominales y características de las tuberías de acero comercial. [2,3]
Diámetro Nominal Cédula Diámetro Externo (plg) EspesorPared (plg) D. Interno (plg) Diámetro Nominal Cédula D. Externo (plg) Espesor Pared (plg) D. Interno (plg)
1/8
10s 40s 80s 10s 40s 80s 10s 40s 80s 5s 10s 40s 80s 5s 10s 40s 80s 5s 10s 40s 80s 5s 10s 40s 80s 5s 10s 40s 80s 5s 10s 40s 80s 5s 10s 40s
.405
.049 .068 .095 .065 .088 .119 .065 .091 .126 .065 .083 .109 .147 .065 .083 .113 .154 .065 .109 .133 .179 .065 .109 .140 .191 .065 .109.145 .200 .065 .109 .154 .218 .083 .120 .203
.307 .269 .215 .410 .364 .302 .545 .493 .423 .710 .674 .622 .546 .920 .884 .824 .742 1.185 1.097 1.049 .957 1.530 1.442 1.380 1.278 1.770 1.682 1.610 1.500 2.245 2.157 2.067 1.939 2.609 2.635 2.469
5
¼
.540
6
3/8
.675
8
1/2
.840
10
3/4
1.050
12
1
1.315
14
1¼
1.660
16
1½
1.900
18
22.375
20
2½
2.875
24
5s 10s 40s 80s 5s 10s 40s 80s 5s 10s 40s 80s 5s 10s 40s 80s 10s 40s STD 80s 10s 40s STD 100s 10s 40s STD 100s 10s 40s STD 100s 10s 40s STD 100s 10s 40s STD
5.563
6.625
8.625
10.750
12.75 14
16
18
20
24
.109 .134 .258 .375 .109 .134 .280 .432 .109 .148 .322 .500 .134 .165 .365 .500 0.18 0.406 0.375 0.688 0.25 0.438 0.375 0.938 0.250.5 0.375 1.031 0.25 0.562 0.375 1.156 0.25 0.594 0.375 1.281 0.25 0.688 0.375
5.345 5.295 5.047 4.813 6.407 6.357 6.065 5.761 8.407 8.329 7.981 7.625 10.482 10.420 10.020 9.750 12.390 11.938 12.000 11.374 13.500 13.124 13.250 12.124 15.500 15.000 15.250 13.938 17.500 16.876 17.250 15.688 19.500 18.812 19.250 17.438 23.500 22.624 23.250
1
A efectos del curso se aplicará en todos losproblemas a menos que se especifique lo contrario.
1
Operaciones Unitarias I. Resolución de Problemas sencillos de Flujo a través de Tuberías
Prof. Jesús F. Ontiveros 80s 5s 10s 40s 80s 5s 10s 40s 80s .276 .083 .120 .216 .300 .083 .120 .237 .337 2.323 3.334 3.260 3.068 2.900 4.334 4.260 4.026 3.286
3
3.500
30
10s 30 STD STD STD STD STD
0.312 0.375 0.375 0.375 0.375 0.375
29.37629.250 35.25 47.25 53.25 59.25
4
4.500
36 48 54 60
36 48 54 60
La rugosidad (?) es un parámetro importante que describe el desnivel promedio que presenta la tubería respecto al diámetro interno tabulado. Se ha encontrado que el parámetro de rugosidad depende del material de cada tubería, y del tiempo en uso de la misma (en la tabla 2 se muestran valores típicos de la rugosidad de…