TF 03 - edUTecNe - Universidad Tecnológica Nacional
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1. de referencia ver figura 3 Cada uno de estos par metros puede modificarse n el fin de determinar la evoluci n de p rdidas de presi n en modelos espec ficos Los resultados a los que arriba el simulador comprenden Densidad Viscosidad Velocidad N mero de Reynolds R gimen del flujo Rugosidad relativa Factor de fricci n P rdida de presi n y P rdida de carga ver figura 4 Con respecto a las p rdidas de presi n si bien los resultados te ricos calculados y los experimentales obtenidos en planta piloto no son exactamente iguales el simulador mediante una correcci n en la diferencia de presi n te rica permite determinar la p rdida de presi n experimental exclusiva de la instalaci n de tuber as de planta piloto Se obtiene as un valor de ca da de presi n te rica y uno experimental El programa a su vez calcula y expone el valor de p rdida de carga expresado en unidades de longitud que corresponde a la lectura manom trica de la instalaci n de planta piloto Giga v 1 0 0 C lculo de P rdida de Carga Par metros de Operaci n Resultados nforme SS Ingrese los valores Q Temperatura e parametros ci Presi n 1 atm Escoja el Flu do gua y Caudal 23 lts min Escoja el Tipo de Tubo Hierro Galvanizado E 0 0005 Otros Par metros Di metro de Tuber a o s24 y Long Tuber a A Long Equivalente de Accesorios 21348192 A2. UTILIZACI N DE SIMULACI N PARA LA RESOLUCI N DE PROBLEMAS DE CIRCULACI N DE FLUIDOS EN CA ER AS UNIVERSIDAD TECNOL GICA NACIONAL Facultad Regional Villa Mar a Av Universidad 450 Villa Mar a C rdoba Argentina TE Fax 0353 4537500 Autores Gilli Daniel Lima 279 Villa Nueva C rdoba Argentina TE 0353 4911760 e mail d_gilliGdhotmail com Gauna Rodrigo San Luis 515 Bell Ville C rdoba Argentina TE 03534 429128 e mail rodrigo _gauna hotmail com RES MEN El presente informe se centra en la determinaci n de las p rdidas de carga y presi n que sufren los fluidos cuando circulan dentro de tuber as El desarrollo del trabajo se bas espec ficamente en la determinaci n de la variaci n de p rdidas de presi n en un sistema de tuber as a nivel planta piloto tomando como variable el caudal de operaci n Se realiz una simulaci n del modelo experimental en planta piloto mediante el simulador comercial CHEMCAD M y el software de simulaci n GIGA este ltimo de desarrollo propio dise ado para ser utilizado en el mbito acad mico Los resultados obtenidos mediante ambos simuladores fueron comparados con el fin de establecer las ventajas y desventajas existentes Finalmente se compararon y analizaron los resultados experimentales obtenidos en planta piloto con los resultados obtenidos con el software de simulaci n GIGA ABSTRACT The inform present is focaliced in the determinatio
3. a provisto de una bomba caudal m ximo 30 Lts min que posibilita la variaci n del caudal debido a un circuito de reciclo instalado conjuntamente con v lvulas Para la determinaci n del caudal de operaci n se utiliza un caudal metro Figura 1 Diagrama de tuber as de planta piloto El punto central del an lisis se bas en determinar la variaci n de la p rdida de presi n en funci n del caudal entre los puntos A y H ver figura 1 Para esto se regul y vari el caudal de operaci n obteniendo una determinada ca da de presi n lectura manom trica para cada caso Luego los resultados fueron expuestos en una gr fica que revela dicha variaci n ver figura 2 Kg cm2 f 9 Y D a A o y o e 5 ha D A 8 12 16 20 24 28 32 Caudal Lts min Figura 2 Gr fico de P rdida de Presi n Experimental vs Caudal de Operaci n GIGA software de simulaci n para c lculo de flu dos en tuber as El software de simulaci n GIGA es un programa de desarrollo propio dise ado para ser utilizado en el mbito acad mico Este permite obtener valores de p rdida de presi n y p rdida de carga en instalaciones de tuber as provista de accesorios Para arribar a los resultados el m dulo permite el ingreso de los par metros de operaci n como Temperatura Presi n Caudal Tipo de fluido Tipo de tuber a Di metro de tuber a Longitud de tuber a Tipos de accesorios y Diferencia de altura entre los puntos
4. al Aguilar Espa a 1980 e Chemstations Incorporated Houston Texas U S A Manual del Usuario 1995
5. caudal Luego se realiz una gr fica en donde se observa la evoluci n tanto de los resultados experimentales en planta piloto como de los te ricos y experimentales brindados por el GIGA ver figura 6 Kg cm2 DP GIGA DP Exper GIGA DP Exper P PILOTO P rdida de Presi n 12 16 20 24 Caudal Lts min Figura 6 Gr fico de P rdida de Presi n Te rica Experimental vs Caudal de Operaci n En dicho gr fico se observa que si bien los resultados te ricos dados por el GIGA curva azul y los experimentales en planta piloto curva roja no son exactos estos siguen una marcada tendencia que le otorga consistencia a los valores obtenidos Esta diferencia es producto de condiciones y caracter sticas dif ciles de estimar y de eliminar las cuales se centran fundamentalmente en desperfectos en la fabricaci n o en el acabado de superficies internas de las tuber as y de los accesorios que conforman la instalaci n Los resultados experimentales calculados con GIGA curva verde concuerdan satisfactoriamente con los resultados obtenidos en planta piloto Por esta raz n es posible comprobar que la correcci n que efect a el GIGA a la ca da de presi n te rica otorga resultados de ca da de presi n experimental precisos veraces y confiables exclusivos para planta piloto CONCLUSIONES Una vez desarrollado y analizado el presente trabajo se puede arribar a las siguientes conclusiones e Luego de realizado e
6. ci n de resultados expone el r gimen de flujo con que circula el fluido y el valor de la rugosidad relativa A pesar de que las caracter sticas anteriormente mencionadas son importantes la ventaja fundamental radica en la posibilidad de obtener valores de p rdida de carga experimentales exclusivos para tuber as de planta piloto Estos aspectos conjuntamente con su gran facilidad de manejo permiten a un usuario no experimentado utilizarlo sin incurrir en mayores inconvenientes Kg cm2 ob DP GIGA DP CHEMCAD P rdida de Presi n Caudal Lts min Figura 5 Gr fico de P rdida de Presi n Te rica vs Caudal de Operaci n An lisis comparativo del desarrollo experimental y el software de simulaci n GIGA Debido a que se corrobor que los resultados entre ambos simuladores son equivalentes es factible analizar la variaci n de la p rdida de presi n experimental en planta piloto y la p rdida de presi n te rica calculada con el GIGA Como se menciono anteriormente al dar las caracter sticas del GIGA este posee una correcci n en la diferencia de presi n te rica que permite calcular la p rdida de presi n experimental exclusiva de planta piloto A partir de los par metros de operaci n y resultados obtenidos en planta piloto se ingresaron estos al software de simulaci n GIGA y se procedi al c lculo obteniendo un valor de p rdida de presi n te rica y uno de p rdida de presi n experimental para cada
7. l ensayo experimental en planta piloto y haber analizado el gr fico correspondiente se observa una curva que indica un incremento en la p rdida de presi n conforme aumenta el caudal de operaci n e El software de simulaci n GIGA si bien presenta resultados similares a los del simulador CHEMCAD M cuenta con una serie de ventajas donde el punto a destacar es su facilidad de manejo e Los resultados de p rdida de carga te ricos no son exactos a los obtenidos experimentales pero existe una marcada tendencia que relaciona ambos casos e Los resultados experimentales calculados con el GIGA presentan gran exactitud y precisi n al ser comparados con los obtenidos experimentalmente en planta piloto Esto le otorga al simulador una caracter stica de gran importancia e En un rango de caudales bajos hasta 13 Lts min se presenta te ricamente una ganancia en la presi n producto de que las p rdidas originadas por fricci n son menores comparadas con la diferencia de altura entre los puntos de referencia Esta energ a potencial favorece a la presi n ya que el fluido circula hacia abajo A nivel experimental no se observa dicho fen meno REFERENCIAS e Robert W Fox and Alan T Mc Donal Introducci n a la Mec nica de Flu dos M xico 1995 e Victor Streeter Benjam n Wylie and Keith Bedford Mec nica de Flu dos Editorial Mc GrawHill Colombia 1999 e Joaqu n Ocon y Gabriel Tojo Problemas de Ingenier a Qu mica Editori
8. ltura os Giga v 1 0 0 C lculo de P rdida de Carga Par metros de Operaci n Resultados Informe r Resultados Densidad NO de Reynolds 994 9475 Kg m3 25260 3518660285 77 viscosidad Flujo TURBULENTO 9 18515617914298E 04 Kg m seg Rugosidad Relativa velocidad 7 15853104266781E 03 77 1 11420434463179 M seg Factor de Fricci n 3 66496965597454E 02 77 PERDIDA DE CARGA PERDIDA DE PRESION Te rica gt 0 194693744835348 Kg cm2 a Experimental gt 31 4217558901957 M Esclusivo para EEE 0 392959850727669 Kg cm2 S Figura 4 Resultados obtenidos An lisis comparativo entre los simuladores CHEMCAD y GIGA Lo que se pretende aqu es simular el trabajo teniendo en cuenta las condiciones experimentales utilizadas en planta piloto mediante el simulador comercial CHEMCAD Chemstations Inc 1995 y el software de simulaci n GIGA para determinar la variaci n de la p rdida de presi n en funci n del caudal de operaci n con el fin de comparar y analizar el comportamiento de ambos programas Si bien los resultados a los que arriban los simuladores son an logos ver figura 5 el GIGA posee ciertas ventajas tales como simplicidad en el ingreso de par metros de operaci n ya que el mismo se efect a en una nica ventana posibilidad de elecci n del tipo de tuber a adem s permite el ingreso de nuevos accesorios en la base de datos en la sec
9. minaci n de estas p rdidas es un punto importante en el momento de calcular y adoptar un sistema de bombeo especifico Victor Streeter Benjam n Wylie and Keith Bedford 1999 La implementaci n de la inform tica en este mbito industrial cumple un rol muy importante en la actualidad El desarrollo y utilizaci n de simuladores no solo brinda una valiosa ayuda al profesional sino tambi n permite reducir tiempos y fundamentalmente incidir en la econom a de un proceso La gran diversidad de simuladores existentes en el mercado permite optar por aquel mas conveniente para cada modelo con el fin de arribar satisfactoriamente a los resultados esperados DESARROLLO Desarrollo experimental en planta piloto La instalaci n de tuber as en la cual se llev a cabo el desarrollo experimental se presenta en la figura 1 Este sistema consta de dos secciones de tuber as conectadas en serie con un di metro nominal de Y y respectivamente c dula 40 el material de construcci n es hierro galvanizado y el modelo esta provisto de diversos accesorios tales como reducciones expansiones tes codos de 90 codos de 45 uniones placas orificio Joaqu n Ocon y Gabriel Tojo 1980 La instalaci n posee tomas de presi n en distintas secciones en las que se conecta un man metro diferencial simple de mercurio que permite determinar la p rdida de carga directamente con la lectura en una escala de longitud adjunta al aparato El sistema est
10. n of the load losses and pressure that suffer the fluids when they circulate inside pipes The development of the work was based specifically on the determination of the variation of losses of pressure in a system of pipes at level pilot plants taking as variable the operation flow It was carried out a simulation of the experimental pattern in plant pilot by means of the commercial shammer CHEMCAD M and the software of simulation GIGA this last of own development designed to be used in the academic environment The results obtained by means of both shammers were compared with the purpose of establishing the advantages and disadvantages existent Finally they were compared and they analyzed the experimental results obtained in plant pilot with the results obtained with the software of simulation GIGA INTRODUCCI N En toda planta industrial es necesario el traslado de fluidos de un sector a otro Para ello el dise o del sistema de conductos o tuber as debe realizarse cuidadosamente considerando no solo que los fluidos circulen con facilidad sino tambi n un aspecto econ mico Este transporte del fluido va acompa ado de p rdidas de carga producto del rozamiento y fricci n con las paredes de los ductos y con los diversos accesorios que conforman la instalaci n El efecto de la fricci n es reducir la presi n provocando una ca da de presi n comparada con el caso de un flujo ideal Robert W Fox and Alan T Mc Donald 1995 La deter
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