¿Cómo diseñar una tubería para trasvase de fluidos?

¿Te has preguntado alguna vez qué se necesita para diseñar una tubería eficiente para el trasvase de fluidos? El diseño adecuado de una tubería es fundamental para garantizar un flujo eficiente, seguro y sin problemas. En este artículo, exploraremos los pasos clave para el diseño de una tubería que cubra todas tus necesidades y te lleve al éxito en el transporte de fluidos. ¡Sigue leyendo y descubre todo lo que necesitas saber para diseñar una tubería de trasvase de fluidos de manera efectiva!

Las tuberías se utilizan para transportar líquidos como agua, vapor, gases, petróleo y productos químicos. Por lo tanto, estas tuberías pueden estar sujetas a presión interna en algunas aplicaciones pero no en otras. Muchos de nosotros nos hemos preguntado si las tuberías que vemos utilizadas para transportar los líquidos pueden soportar la presión que ejerce el líquido o no. Sí, estas tuberías están diseñadas de tal forma que puedan transportar el líquido sin problemas. En este artículo, aprenderá cómo diseñar una tubería para resistir la presión del fluido.

En el artículo anterior discutimos las fórmulas para las tensiones en cilindros gruesos y delgados. Basándonos en el concepto de cilindro delgado, diseñamos una tubería para transportar líquido bajo presión.

Para diseñar una tubería necesitamos dos parámetros principales.

1. Diámetro interior de la tubería.
2. Espesor de pared de la tubería

Diámetro interior de la tubería.

Para calcular el diámetro interior de la tubería, necesitamos saber cuánto fluido se transfiere.

Decimos v es la velocidad del fluido que fluye por minuto y Q es la cantidad de fluido que se mueve por minuto.

Mientras que la D es el diámetro interior de la tubería.

Sabemos que la cantidad de líquido que fluye por minuto(q) es = área×velocidad

q
= (π/4)×
D
²
×
v

A partir de esto podemos escribir el diámetro interior de la tubería (D) = 1,13 √(Pregunta/v)

A partir de esta ecuación podemos determinar el diámetro interior de la tubería requerido para la cantidad dada de fluido que se transferirá.

Espesor de pared de la tubería

El espesor de la pared de la tubería es el segundo parámetro más importante al diseñar una tubería para el transporte de líquidos. De la ecuación anterior obtenemos el diámetro interior de la tubería según la cantidad de líquido a transferir.

El espesor de la pared (t) para resistir la presión interna ejercida por el fluido se puede derivar usando una fórmula cilíndrica delgada o cilíndrica gruesa que discutimos anteriormente.

La fórmula del cilindro delgado se puede aplicar al diseño de tuberías.

1. La tensión es uniforme en toda la sección de la tubería.
2. El diámetro interior de la tubería (D) es más de veinte veces su espesor de pared (t), es decir. D/t >20
3. La tensión permitida (σ_t) es más de seis veces mayor que la presión en la tubería (PAG), es decir σ_t /PAG >6

Según la fórmula del cilindro delgado, el espesor de la pared de la tubería está dado por

donde η_yo = Eficiencia de la conexión longitudinal

Una pequeña consideración mostrará que el espesor de pared determinado por la relación anterior es demasiado pequeño. Por tanto, para el diseño de tuberías, se añade una determinada constante a la relación anterior. Ahora la relación se puede escribir como

El valor de la constante ‘C’se proporciona en la siguiente tabla para los distintos metales, como hierro fundido, acero suave, zinc, cobre y plomo.

Materiales utilizados para tuberías según la aplicación.

• Tuberías de hierro fundido: El uso de tubos de hierro fundido se limita a presiones de alrededor de 0,7 N/mm2 porque los tubos tienen una baja resistencia a los golpes que pueden surgir por el efecto del golpe de ariete. Estas tuberías son las más adecuadas para sistemas de agua y alcantarillado.
• Tuberías de hierro forjado/acero: Los tubos de hierro forjado y acero se utilizan principalmente para transportar vapor, aire y aceite.
• Tubos de latón: Se utiliza en tamaños pequeños en sistemas de lubricación a presión en máquinas motrices. Estos se fabrican y roscan con los mismos estándares que los tubos de hierro y acero forjado. Los tubos de latón no están sujetos a corrosión.
• Tubos de acero aleado: Las tuberías utilizadas en la industria petrolera son generalmente tuberías sin costura hechas de acero de aleación de cromo-molibdeno resistente al calor. Estos tubos pueden soportar presiones superiores a 4 N/mm2 y temperaturas superiores a 440 °C.

¿Quiere resolver un problema de diseño de tuberías de muestra?

Problema: Una tubería sin costura soporta 2400 m³ vapor por hora a una presión de 1,4 N/mm². La velocidad del flujo es de 30 m/s. Suponiendo un esfuerzo de tracción de 40 MPa, determine el diámetro interior de la tubería y el espesor de su pared.

Resuelva este problema y déjeme saber las respuestas en la sesión de comentarios a continuación. Te ayudaré con las respuestas.

Nota muy importante sobre el uso de cálculos de diseño de tuberías.

• En la práctica, las dimensiones no se calculan de forma racional. Los estándares se desarrollan basándose en muchos años de experiencia práctica, idoneidad e intercambiabilidad.
• El Reglamento de Calderas de la India tiene autoridad para aprobar dichos diseños para calderas y sistemas de tuberías de vapor.
• Las dimensiones calculadas explicadas anteriormente en este artículo no cumplen con estos estándares.
• Sólo es de interés para el lector saber cómo aplicar los principios básicos para determinar diversas dimensiones, tales como: B. el espesor de la pared de la tubería, el tamaño y la cantidad de tornillos y el espesor de la brida.
• Las dimensiones restantes se pueden determinar a partir de tablas estándar o mediante relaciones empíricas.

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Pipe Design for Fluid Pressure: A Guide

Las tuberías se utilizan para transportar fluidos como agua, vapor, gases, petróleo y productos químicos. Algunas aplicaciones requieren que estas tuberías sean capaces de soportar presiones internas, mientras que en otras no. Muchos nos preguntamos si las tuberías que vemos para transportar fluidos son capaces de resistir la presión. La respuesta es sí, estas tuberías están diseñadas de tal manera que pueden transportar el fluido sin sufrir fallas. En este artículo, aprenderemos cómo diseñar una tubería para soportar la presión del fluido.

En el artículo anterior

En el artículo anterior, discutimos las fórmulas para calcular las tensiones en cilindros gruesos y cilindros delgados. Basándonos en el concepto de un cilindro delgado, diseñaremos una tubería para transportar fluido bajo presión. Para diseñar una tubería, necesitamos dos parámetros principales:

1. Diámetro interno de la tubería
2. Grosor de la pared de la tubería

Diámetro interno de la tubería

Para calcular el diámetro interno de la tubería, debemos conocer la cantidad de fluido que se está transfiriendo. Supongamos que v es la velocidad del fluido que fluye por minuto, y Q es la cantidad de fluido transportada por minuto. D será el diámetro interno de la tubería.

Sabemos que la cantidad de fluido que fluye por minuto (Q) es igual a Área x Velocidad:
Q = (π/4) x D^2 x v

A partir de esta ecuación, podemos calcular el diámetro interno requerido para la tubería, en función de la cantidad de fluido a transferir:

D = 1.13 √(Q/v)

Grosor de la pared de la tubería

El grosor de la pared de la tubería es el segundo parámetro más importante en el diseño de una tubería para transportar fluidos. A partir de la ecuación anterior, obtenemos el diámetro interno de la tubería en función de la cantidad de fluido a transferir.

El grosor de la pared (t) necesario para resistir la presión interna ejercida por el fluido se puede calcular con la ayuda de la fórmula del cilindro delgado o cilindro grueso que hemos discutido previamente.

La fórmula del cilindro delgado se aplica al diseño de la tubería cuando:

1. El estrés en la sección de la tubería es uniforme
2. El diámetro interno de la tubería (D) es más de veinte veces su grosor de pared (t), es decir, D/t > 20
3. El estrés permisible (σt) es más de seis veces la presión dentro de la tubería (p), es decir, σt/p > 6

Según la fórmula del cilindro delgado, el grosor de la pared de la tubería se calcula de la siguiente manera:

t = (p x D) / (2 x σt x (1 – ν^2))

Donde ηl = Eficiencia de la unión longitudinal

Una pequeña consideración mostrará que el grosor de la pared obtenido por la ecuación anterior es demasiado pequeño. Por lo tanto, para el diseño de tuberías, se agrega una cierta constante a la relación anterior. Ahora, la relación se puede escribir de la siguiente manera:

t = C + (p x D) / (2 x σt x (1 – ν^2))

El valor de la constante ‘C’ se muestra en la siguiente tabla para diferentes metales, como hierro fundido, acero dulce, zinc, cobre y plomo:

1. Materiales: Hierro fundido / Constante (C) en mm: 9
2. Materiales: Acero dulce / Constante (C) en mm: 3
3. Materiales: Zinc y cobre / Constante (C) en mm: 4
4. Materiales: Plomo / Constante (C) en mm: 5

Materiales utilizados para tuberías según la aplicación

Las tuberías de hierro fundido se utilizan principalmente para sistemas de agua y saneamiento, ya que su resistencia a los golpes es limitada a aproximadamente 0.7 N/mm2 debido al efecto del impacto del agua. Las tuberías de hierro forjado y acero se utilizan principalmente para transportar vapor, aire y petróleo. Las tuberías de latón se utilizan en tamaños pequeños en sistemas de lubricación a presión en motores principales. Estas se fabrican y roscan según los mismos estándares que las tuberías de hierro forjado y acero, y no se corroen. Las tuberías de acero aleado se utilizan en la industria del petróleo y pueden resistir presiones de más de 4 N/mm2 y temperaturas superiores a 440°C.

¿Quieres resolver un problema de muestra sobre el diseño de una tubería?

Enunciado del problema: Una tubería sin costuras transporta 2400 m3 de vapor por hora a una presión de 1.4 N/mm2. La velocidad del flujo es de 30 m/s. Suponiendo una tensión de tracción de 40 MPa, encuentra el diámetro interno de la tubería y su grosor de pared.
Resuelve este problema y déjame las respuestas en la sección de comentarios a continuación. ¡Te ayudaré con las respuestas!

Nota muy importante para usar los cálculos de diseño de tuberías

En la práctica, las dimensiones no se calculan de manera racional. Los estándares se desarrollan en base a una larga experiencia práctica, adecuación e intercambiabilidad. La regulación de calderas de la India tiene la autoridad para aprobar dichos diseños para calderas y sistemas de tuberías de vapor. Las dimensiones calculadas como se discuten en este artículo no coinciden con estos estándares. Es de interés del lector conocer cómo utilizar los principios fundamentales para determinar varias dimensiones, como el grosor de la pared de la tubería, el tamaño y el número de pernos, y el grosor de la brida. El resto de las dimensiones se pueden obtener de tablas estándar o mediante relaciones empíricas.