Calculo de Perdidas de Energia, Feno

8/17/2019 Calculo de Perdidas de Energia, Feno

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INSTITUTO TECNOLÓGICO DEMORELIA

“José María Morelos y Pavón”

INGENIERIA BIOQUÍMICA

FENÓMENOS DE TRANSPORTE l

Prof.: Paramo Damián Fortino

DETERMINACIÓN DE LAS PERDIDAS DE ENERGÍA

PRIMARIAS Y SECUNDARIAS, EN UNA INSTALACIÓN DETUBERÍA DE ACERO INOXIDABLE PARA ELDESGOMADO DEL ACEITE DE LINAZA, CON EL

OBJETIVO DE DETERMINAR LA BOMBA APROPIADA

PARA LA OPERACIÓN.

CÉSAR ALFREDO DOMÍNGUEZ GABRIEL

GRUPO A SEMESTRE 5°


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ÍNDICE

INTRODUCION …………………………………………………………………… .... 4

1- FLUJO DE LOS FLUIDOS. ……………………………………………………….5

1.1.- ECUACIÓN DE CONTINUIDAD PARA CUALQUIER FLUIDO:……………5

2.- NUMERO DE REYNOLDS……………………………………………………….6

2.1 NUMERO DE REYNOLDS CRÍTICOS…………………………………………6

3.- ECUACIÓN DE DARCY…………………………………………………………..6

4.- PERDIDAS DE FRICCIÓN EN EL FLUJO LAMINAR Y FLUJOTURBULENTO…………………………………………………………………………6

4.1- ECUACIÓN PARA EL FACTOR DE FRICCIÓN………………………………6

4.1.1 DIAGRAMA DE MOODY:……………………………………………………….7

5.- PERDIDAS EN VÁLVULAS Y ACCESORIOS…………………………………..7

5.1.- COEFICIENTES DE RESISTENCIA PARA VÁLVULAS Y ACOPAMIENTOS………………………………………………………………………7

6.- EXPANSIÓN SÚBITA………………………………………………………………8

7.- CONTRACCIÓN SÚBITA………………………………………………………….98.- SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE BOMBAS……………………………………10

8.1- TIPOS DE BOMBAS……………………………………………………………..10

9.-CARGA DE SUCCIÓN NETA POSITIVA (NPSH)……………………………...12

9.1 CALCULO DE LA NPSH A……………………………………………………………………………………13

10.- ACEITES………………………………………………………………………… ..13

10.1-PROCESO DE EXTRACCIÓN…………………………………………………15

10.2- EXTRACCIÓN DE ACEITE VEGETAL……………………………………….15

10.3- PROCESO DE REFINACIÓN…………………………………………………16

10.4. APLICACIONES O USOS DE LAS GRASAS VEGETALES Y ANIMALES…………………………………………………………………………… ..17

11.- MATERIALE UTIL COMO TUBERIA………………………………………......17


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11.1- ACERO INOXIDABLE………………………………………………………….18

11.1.2- USOS DEL ACERO INOXIDABLE…………………………………………18

12.- PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA…………………………………………..19

13.- OBJETIVOS……………………………………………………………………… ...1914.- DIAGRAMA “INSTALACIÓN DE TUBERÍA DE DESGOMADO DE ACEITE DELIN AZA.”………………………………………………………………………………….20.

15.- CALCULO DE PÉRDIDAS DE ENERGÍA………………………………………21

15.1.- CALCULO DEL FLUJO VOLUMÉTRICO……………………………………..21

15.2- PERDIDAS EN LA SUCCIÓN………………………………………………… .22

15.1.1- PÉRDIDAS EN LA DESCARGA.…………………………………………….23

TUBERIA CON DIAMETRO NOMINAL DE 2”

15.2- PERDIDAS EN LA DESCARGA……………………………………………….27

PARA LA TUBERIA CON DIAMERTO NOMINAL DE 3 inMEZCLA DE ACEITE CON ACIDO FOSFORICO

15.3.2- PERDIDAS EN LA DESCARGA……………………………………………..29

PARA LA TUBERIA CON DIAMERTO NOMINAL DE 1 ½ inMEZCLA DE ACEITE, ACIDO Y AGUA.

16.- RESULTADOS …………………………………………………………………….31 17.- SOLUCIÓN…………………………………………………………………………32

18.- CONCLUSIÓN……………………………………………………………………..36

19.- NOMENCLATURA…………………………………………………………………37

20.- REFERENCIAS……………………………………………………………………38

21.-ANEXOS……………………………………………………………………………. .39


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INTRODUCCIÓN

En la construcción de un sistema hidráulico es importante conocer todos los

factores que influyen en sus componentes o accesorios que contenga. Estoscomponentes están afectados en diferentes pérdidas de energías, los cualeshacen que disminuya su capacidad. Por tanto, es importante estudiar y conocer lamayor eficiencia del sistema, mediante un análisis en las diferentes situaciones dedichos elementos.

En el siguiente trabajo se analizar las diferentes pérdidas de energía que ocurrenen los accesorios de tubería, que se presentan en las industrias alimentarias, eneste caso para una refinería de aceites, principalmente en la etapa de desgomado.

Además se interpretará adecuadamente los resultados obtenidos, para poder

calcular el tipo de bomba que es la ideal para llevar acaba lo operación y sinriesgos a que se presenten fallas.

Las bombas son de gran importancia en el trasporte de fluidos, debido a sucapacidad de producir vacío, con lo cual se puede empujar el fluido hacia dondese desee transportar. Existe una infinidad de bombas las cuales tienen distintasfunciones, todo depende del tipo de fluido de la temperatura a la cual se va atransportar y la presión que se soportará.


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MARCO TEÓRICO

1.- FLUJO DE LOS FLUIDOS.

La cantidad de fluido que pasa por un sistema por unidad de tiempo puedeexpresarse por medio de tres términos distintos.

Flujo volumétrico (Q); es el volumen de fluido que circula en un sección porunidad de tiempo.

Flujo en peso (w); es el peso del flujo que circula en una sección por unidadde tiempo.

Flujo másico (M); es la masa del fluido que circula en una sección porunidad de tiempo.

El flujo volumétrico Q es el más importante de los tres, y se calcula por la siguienteecuación:

= ∙ , . Ec. 11.1.- ECUACIÓN DE CONTINUIDAD PARA CUALQUIER FLUIDO:

Fluido constante: es la cantidad de fluido que circula a través de cualquier secciónen cierta cantidad de tiempo, con flujo volumétrico constante.

La ecuación de continuidad; enuncia que para un flujo estable el flujovolumétrico es el mismo en cualquier sección.

La siguiente expresión matemática es la ecuación de continuidad.

= Esta expresión se utiliza para relacionar la densidad de fluido, el área de flujo y lavelocidad de este en dos secciones del sistema donde existe flujo estable. Esválido para todos los fluidos, ya sean gases o líquidos.

Si el fluido es un líquido incompresible, entonces los términos

de la

ecuación son iguales. Así, que la ecuación se convierte en:

= Ec. 2


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2.- NUMERO DE REYNOLDS.

El comportamiento de un fluido, en lo que se refiere a las pérdidas de energía,

depende de que el flujo sea laminar o turbulento. Se demuestra en formaexperimental y verifica de modo analítico, que el carácter del flujo en un tuboredondo depende de cuatro variable; la densidad de flujo , su viscosidad ɳ , eldiámetro de tubo D, y la velocidad promedio del flujo V.

Osborne Reynolds, demostró que es posible pronosticar el flujo laminar oturbulento si se conoce la magnitud de un número adimensional, al que se ledenomina número de Reynolds (NR).

La ecuación siguiente, muestra la definición básica del número de Reynolds:

= ɳ = Ec. 32.1 NUMERO DE REYNOLDS CRÍTICOS:

Para aplicaciones prácticas del flujo en tuberías, encontramos:

< 2000, . > 4000, . 3.- ECUACIÓN DE DARCY:

Para el caso del flujo en tuberías y tubos, la fricción es proporcional a la carga develocidad del flujo y a la relación de la longitud al diámetro de la corriente:

Esto se expresa en forma matemática como la ecuación de Darcy:

ℎ = × × Ec. 4Esta ecuación es útil para calcular la perdida de energía debido a la fricción ensecciones rectilíneas y largas de tubos rugosos, tanto para flujo laminar comoturbulento.

4.- PERDIDAS DE FRICCIÓN EN EL FLUJO LAMINAR Y FLUJO TURBULENTO:

4.1- ECUACIÓN PARA EL FACTOR DE FRICCIÓN:

A continuación presentamos dos ecuaciones que permiten obtener la solucióndirecta para el factor de fricción:


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En la zona de flujo laminar, para valores por debajo de 2000, se obtiene de laecuación:

= Ec. 5

En cambio cuando hay flujo turbulento en tubería, este es más caótico y varia enforma constante, por lo tanto para determinar el valor de debemos recurrir a losdatos experimentales. Para ello existe una tabla de valores de diseño de larugosidad de tubos (anexo 4).

La ecuación siguiente permite calcular el cálculo directo del valor del factor defactor de fricción para el flujo turbulento:

= . . + .. Ec. 6

4.1.2 DIAGRAMA DE MOODY.

Uno de los métodos más utilizados para evaluar el factor de fricción, emplea eldiagrama de Moody que se muestra en el anexo 2.

5.- PERDIDAS EN VÁLVULAS Y ACCESORIOS.

5.1.-COEFICIENTES DE RESISTENCIA (K) PARA VÁLVULAS Y ACOPLAMIENTOS.

Fricción del fluido: Es la resistencia por fricción de un fluido en movimiento al fluir.Parte de esta energía del sistema se convierte en energía térmica (calor), que sedisipa a través de las paredes de la tubería por la que circula el fluido.

Es común que los elementos que controlan la dirección o el flujo volumétrico del

fluido en un sistema generen turbulencia local en este, lo que ocasiona que laenergía se disipe como calor. Siempre que hay una restricción, un cambio en lavelocidad o dirección del flujo, hay pérdidas de este tipo y dichas pérdidas sondenominadas perdidas menores. Las pérdidas y ganancias de energía en unsistema se contabilizan en términos de energía por unidad de peso del fluido quecircula por él. También conocido como carga.


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La magnitud de las pérdidas de energía que produce la fricción del fluido, lasválvulas y accesorios, es directamente proporcional a la carga de velocidad delfluido.

Expresado en forma matemática se expresa como:

ℎ = Ec. 7El termino es el coeficiente se resistencia.El coeficiente de resistencia es adimensional debido a que representa unaconstante de proporcionalidad entre la perdida de energía y la carga de velocidad.

El coeficiente de resistencia k se determina por:

= Ec. 8

Dónde:

; Es llamado relación de longitud equivalente, y se considera constante paraun tipo dado de válvula o acoplamiento. Para determinar este valor, la tabla seencuentra en el anexo 3 (Tabla 10.4).

; es el factor de fricción en la tubería a la que está conectada la válvula o

acoplamiento, que se da por hecho esta en la zona de turbulencia completa.

Los valores para varian según el tamaño de la tubería y la válvula. La tabla paracalcular este valor (Tabla 10.5) se encuentra en el anexo 3.

6.- EXPANSIÓN SÚBITA:

Con forme un fluido pasa de una tubería pequeña a otra más grande a través deuna expansión súbita, su velocidad disminuye de manera abrupta, lo que ocasiona

turbulencia que a su vez genera una pérdida de energía. La tabla para determinarel valor de k, se encuentra en el anexo 1 (tabla 10.1).


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8.- SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE BOMBAS.

Las bombas se utilizan para impulsar líquidos a través de sistemas de tubería.

8.1- Tipos de bombas.

Es común que se clasifiquen las bombas como de desplazamiento positivo ocinéticas. En el siguiente diagrama se muestra esta clasificación:

Tabla 1. Clasificación de los tipos de bombas (fuente mott).

Bombas de desplazamiento positivo:

El principio de funcionamiento está basado en la hidrostática, de modo que elaumento de presión se realiza por el empuje de las paredes de las cámaras quevarían su volumen. En este tipo de bombas, en cada ciclo el órgano propulsorgenera de manera positiva un volumen dado o cilindrada, por lo que también sedenominan bombas volumétricas.


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Bombas de engranes:Se compone de dos engranes que giran dentro de una cascara, en sentidocontrario. Se usa para aplicaciones en potencia de fluido, y para distribuirlubricantes. Bombas de pistón:

Utiliza una placa de derrame giratoria que actúa como leva para hacer reciprocarlos pistones.

Bombas de aspas:

Cosiste en un rotor excéntrico que contiene un conjunto de aspas deslizantes quecorren dentro de una carcasa.

Bombas de tornillo:

Las bombas de tornillo no distribuyen el flujo por impulsos hacia la salida. Losrotores se mueven en forma axial de la succión a la descarga lo que propicia unflujo uniforme y constante.

Bombas de cavidad progresiva:

Produce un flujo suave que no impulsa y se utiliza sobre todo para enviar fluidosde procesos.

Bomba de lóbulo:

Llamado también bomba de levas, opera de manera similar a la de engranes.

Bomba de pistón para transferencia de fluidos:

Se clasifican como:

Simplex (de actuación única).Dúplex (de actuación doble).

Son similares a las bombas de pistón de potencia de fluido.Bombas de diafragma:

En estas bombas, una barra reciprocante mueve un diafragma flexible dentro deuna cavidad, con lo que descarga fluido conforme aquel se mueve a la izquierda, ylo empuja cuando va hacia la derecha, en forma alterna.


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Bombas peristálticas:

Es un tipo de bomba de desplazamiento positivo usada para bombear una variedad de fluidos. El fluido es contenido dentro de un tubo flexible empotradodentro de una cubierta circular de la bomba (aunque se han hecho bombasperistálticas lineales).

BOMBAS CINETICA:

Agregan energía al fluido cuando lo aceleran con la rotación de un impulsor.

Bombas de chorro:

Se utilizan para sistemas hidráulicos domésticos, están compuestos por unabomba centrifuga, junto con un ensamble de chorro o eyector.

Bombas sumergibles:

Están diseñadas de modo que puedan sumergirse todo el conjunto de la bombacentrifuga, el motor impulsor y los aparatos de succión y descarga.

Bombas centrifugas pequeñas:

Son bombas pequeñas que se utilizan en aparatos chicos como lavadoras de

ropas y de trastos.

Bombas verticales de turbina:

Es frecuente que el bombeo de fluido de un tanque se realice de mejor modo pormedio de una bomba vertical de turbina.

9.-CARGA DE SUCCIÓN NETA POSITIVA (NPSH).

Es la carga que causa que el líquido fluya a través de la tubería de succión, esdecir el la altura máxima al ojo del impulsor.

Los fabricantes de bombas prueban cada diseño para determinar el nivel depresión de succión que se requiere, con el fin de evitar la cavitación y reportan losresultados como la carga de succión positiva neta requerida NPSHR.

Es importante que del sistema de bombeo, se garantice que la carga neta desucción disponible (NPSH A), sea mayor a la NPSHR.


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Se pide un margen mínimo de 10%. Es decir:

> 1.10 Ec. 99.1 CALCULO DE LA NPSH A.

El valor depende de la presión de vapor del fluido que se bombea, las pérdidas deenergía en el tubo se succión, la ubicación del almacenamiento del fluido y lapresión que se aplica a esté.

Esto se expresa como:

= ℎ ± ℎ ℎ ℎ Ec. 10Dónde:

= Presión estática (absoluta) sobre el fluido en el depósito.

ℎ = Carga de presión estática (absoluta) sobre el fluido en el almacenamiento(m o ft del líquido). ℎ = ℎ = Diferencia de elevación desde el nivel del fluido en el depósito a la líneacentral de la entrada de succión de la bomba (m o ft).

Si la bomba esta abajo del depósito, ℎ es positivo. Si la bomba está arriba del depósito, ℎ es negativo.

ℎ = Perdida de carga en la tubería de succión, debido a la fricción y perdidasmenores (m o ft). = Presión de vapor (absoluta) del líquido a temperatura que se bombea.ℎ = Carga de presión de vapor del líquido a temperatura de bombeo (m o ft).

ℎ = 10.- ACEITES

Son triglicéridos en donde predominan los ácidos grasos insaturados, mientrasque si predominan ácidos grasos saturados tenemos lo que conocemos comosebos y mantecas.

Existen diferentes semillas vegetales en donde se obtiene principalmente losaceites. En el siguiente diagrama se muestras las diferentes semillas y el tipo deaceite obtenido.


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Diagrama 1. Materia prima para la obtención de aceites vegetales.


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10.1-PROCESO DE EXTRACCIÓN.

Preparación y acondicionamiento de las diferentes clases de semillas para laextracción.

Limpieza. De las semillas a través de separadores magnéticos para eliminarcualquier fragmento de metal que pudieran contener, por flotación por aire, etc.,para eliminar metales, suciedad, piedras y semillas extrañas.

Secado. Consiste en el ajuste de la humedad y temperatura idónea para lassiguientes operaciones, generalmente se lo realiza en cilindros giratoriosperforados atravesados por aire caliente.

Descascarillado. Cuando sea necesario, la separación de las cáscaras (se realizapor flotación en varias etapas). Se recomienda para producir aceite de alta calidad.

Trituración / Laminado. En algunos casos se realiza una trituración en molinosde rodillos. También se puede llevar a cabo la laminación directa de las semillas.Se utilizan laminadores de cilindros de superficie lisa. Se forman láminas o "copos"de bajo espesor.

10.2- EXTRACCIÓN DE ACEITE VEGETAL.

Se pueden describir dos métodos de obtención de aceite vegetal.

La extracción por prensas continuas o discontinuas. Es el procedimiento másantiguo y el que tiene menores rendimientos. Partiendo de la preparación y

acondicionamiento de las semillas el siguiente paso en la elaboración de aceiteses la molienda o molturación de la semilla, la cual se realiza con molinos amartillos, cilindros o espolones. La finalidad de esta etapa es colapsar lasestructuras vegetales para que el aceite sea liberado de la semilla.

Los pasos a seguir son los siguientes:

Las semillas ya molidas pasan a un acondicionador donde se obtienen unamasa homogénea.

La masa pasa a una prensa de tornillo, que en un solo paso prensa la masa

separando el aceite y dejando una "torta proteínica". El aceite pasa a un tamiz vibratorio con el fin de proceder a una primera

etapa de filtración de grandes impurezas. El aceite tamizado pasa a un filtro del que se obtiene el aceite crudo filtrado.


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La extracción por solventes. Para la extracción del aceite vegetal mediante estatécnica, los pasos a seguir son los siguientes:

Las semillas molidas son trituradas en forma de rodillo. El rodillo pasa a un acondicionador para su homogeneización.

El rodillo homogéneo pasa a un molino donde es en partes muy finas parafacilitar la extracción.

El rodillo dividido pasa a un extractor, donde es sometido a la acción de undisolvente de materias grasas, siendo el hexano el más utilizado en laindustria moderna.

El disolvente arrastra las grasas a un evaporador donde son separadas, entanto aquel vuelve al extractor.

La harina restante se lleva a un separador del disolvente para eliminarlo.

10.3- PROCESO DE REFINACIÓN

Desfangado. Consiste en la eliminación de impurezas sólidas. Se realiza encentrifugas de descarga intermitente de sólidos.

Desgomado o Desmucilaginación. Consiste en la eliminación de mucílagos,gomas y resinas. Se consiguen eliminar principalmente fosfolípidos, la mayoríalecitinas, pero también se reducen los niveles de proteínas, ceras y peróxidos delaceite crudo. La presencia de considerables cantidades de fosfolípidos puedeconducir a aceites de color oscuro y pueden servir también como precursores desabores desagradables.

Para esta operación los pasos a seguir son los siguientes.

El aceite crudo o virgen se trata con una solución diluida de ácido fosfóricopara hidratar y precipitar los fosfolípidos al hacerse insoluble en la grasa.Este proceso se realiza en tanques dotados de un agitador.Posteriormente se incorpora agua en un 2% a una temperatura de 70ºC. Elaceite pasa después a un separador con centrifuga a gran velocidad endonde son removidos los fosfolípidos y el agua del aceite desgomado.

Decoloración o blanqueado. Se trata de eliminar la coloración excesiva del

aceite debida a la presencia de distintos pigmentos responsables de coloracionesno deseadas o excesivas en el aceite, como los carotenos, clorofila y derivados yxantofila.

Desodorización. El objetivo es eliminar distintos compuestos responsables dearomas no deseados en los aceites, o conseguir aceites sin olor ni saboresdestinados a la producción de margarinas. Estos compuestos son principalmente


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aldehídos, cetonas, carotenoides, tocoferoles, ácidos grasos libres de cadenacorta (como el butírico, isovaleriánico o caproico) y esteroles., y algunoscompuestos azufrados

Winterización. Se emplea para obtener un aceite de mayor nitidez, que no

presente turbios (debido a la suspensión de un precipitado fino) durante elalmacenamiento .Consiste en separar del aceite las sustancias con punto defusión elevado (estearinas, glicéridos muy saturados, ceras y esteroles)

Envasado. El aceite refinado es envasado principalmente en botellas de PET.

10.4- APLICACIONES O USOS DE LAS GRASAS VEGETALES Y ANIMALES.

Existen un sin número de aplicaciones o usos que se les da a las grasas vegetales

y animales sean estos aceites o sebos y mantecas. Entre los principales usos y

aplicaciones podemos mencionar los siguientes:

Obtención industrial de aceites vegetales comestibles o refinados.

Elaboración de jabones y polvo de jabón.Obtención de vehículos secantes para la obtención de pinturas.

Obtención a partir de los aceites vegetales, combustibles de motores diésel.

Obtención de biopolímeros.

11.- MATERIAL UTIL COMO TUBERIA.

Todos los materiales utilizados en la construcción de depósitos, tubería y equipoauxiliar en la refinación de cualquier aceite comestible, deberán ser inertes a losaceites y las grasas y deberán satisfacer cualquier legislación apropiada relativa amateriales en contacto con alimentos.

No deberá utilizarse el cobre ni sus aleaciones, tales como latón o bronce, nibronce industrial en la construcción de las instalaciones de almacenamiento ni en

la de las partes de las cisternas o depósitos que estén en contacto con los aceiteso las grasas, tales como tuberías, manguitos para tubos, válvulas, serpentines decalefacción, purgadores, bombas, medidores de temperatura o aparatos demuestreo. Puesto todo ello aumenta en gran medida el proceso de oxidación delos aceites por la acción catalizadora del cobre o las aleaciones de cobre, inclusocuando se trata de trazas (ppm). Sin embargo otros metales, por ejemplo el hierro,también tienen un efecto catalizador, aunque menor que el del cobre.


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El acero suave es aceptable para todos los aceites y grasas sin refinar ysemirefinados, aunque es preferible el acero inoxidable. Para los productoscompletamente refinados deberá utilizarse el acero inoxidable.

11.1- ACERO INOXIDABLE

El acero inoxidable se define como una aleación de acero con un mínimo del 10 %al 12 % de cromo contenido en masa.

Ademas es un acero de elevada resistencia a la corrosión, dado que el cromo, uotros metales aleantes que contiene, poseen gran afinidad por el oxígeno yreacciona con él formando una capa pasivadora, evitando así la corrosión delhierro (los metales puramente inoxidables, que no reaccionan con oxígeno son oroy platino, y de menor pureza se llaman resistentes a la corrosión, como los quecontienen fósforo). Algunos tipos de acero inoxidable contienen además otros

elementos aleantes; los principales son el níquel y el molibdeno. Aleaciones de acero inoxidable comerciales más comunes:

Acero inoxidable extra suave: contiene un 13 % de Cr y un 0,15 % de C.Se utiliza en la fabricación de: elementos de máquinas, álabes de turbinas,válvulas, etc.

Acero inoxidable 16Cr-2Ni: tiene un 0,20 % de C, un 16 % de Cr y un 2 %de Ni. Se utiliza para la construcción de álabes de turbinas, ejes debombas, utensilios de cocina, cuchillería, etc.

Acero inoxidable al cromo níquel 18-8: tiene un 0,18 % de C, un 18 % de Cr

y un 8 % de Ni. Acero inoxidable al Cr-Mn: tiene un 0,14 % de C, un 11 % de Cr y un 18 %de Mn. Es amagnético y se e utiliza en colectores de escape.

11.2- USOS DEL ACERO INOXIDABLE

Los aceros inoxidables se utilizan principalmente en cuatro tipos de mercados:

Electrodomésticos: grandes electrodomésticos y pequeños aparatos para elhogar.

Automoción: especialmente tubos de escape. Construcción: edificios y mobiliario urbano (fachadas y material). Industria: alimentación, productos químicos y petróleo. Vestimenta: fabricación de joyas (Cadenas, Aretes, etc.)


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12.- PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

En el proceso de desgomado del aceite de linaza se detecta que las gomas no

salen bien del separador, llaqué estas suelen pegarse al rotor tapándose esté,

ademas deja pasar el aceite sin desgomar y así acarea problemas en los tanquesde decantado y en las demás etapas.

El problema puede deberse a que la bomba utilizada no sea la adecuada para

poder impulsar el aceite y por consiguiente las gomas que son la causa del

problema.

13.- OBJETIVOS.

Generales:

Analizar y calcular las pérdidas primarias y secundarias para el diagrama de

tubería del desgomado de aceite de linaza en la refinería.

Específicos:

Determinar cómo afectan los diferentes accesorios y a longitud en una

instalación de tubería.Determinar a variación de la perdida de carga con el flujo volumétrico.

Con los resultados obtenidos de las pérdidas de energía, determinar la

bomba requerida.

Determinar la potencia de la bomba que ayude a impulsar las gomas del

separador y poder solucionar el problema.


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14.- DIAGRAMA

INSTALACIÓN DE TUBERÍA DE DESGOMADO DE ACEITE DE LINAZA.


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15.- CALCULOS DE LAS PÉRDIDAS DE ENERGÍA

DATOS.

En la siguiente tabla se muestran los datos de las tres sustancias que serán

utilizados en el proceso. Ademas la instalación es de:

Tubería de acero inoxidable cedula 40.Rugosidad; = 5E-5 mDiámetro nominal de la tubería es de 2 in y 1 ½ in.

Sustancia Temperatura°C

Densidad

kg/m3

Viscosidaddinámica ɳ pa . s

Viscosidadcinemáticav

m2 /s

Fuente.

Aceite delinaza

25 930 3.31x10- 3.56x10- Tabla B.1(motth)

cidofosfórico

20 1685 0.046 3.05x10- Hoja deseguridad

Agua 70 978 4.02x10-4 4.11x10-7 Tabla A.1(moth)

.

15.1.- CALCULO DEL FLUJO VOLUMÉTRICO.

La planta produce 115,200 galones de aceite refinado en 8 horas.

Dividiendo estas cantidades se obtienen:

= 115,200

8ℎ= 14400 /ℎ

Convirtiendo el flujo a m3/ s tenemos:

1 galón = 3.785 litros


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Sustituyendo:

14400 . =0.0151 Entonces tenemos que el flujo volumétrico es;

Q = 0.0151m3/s

15.2.- PERDIDAS EN LA SUCCIÓN.

PÉRDIDAS PRIMARIAS.

PARA EL TRAMO RECTO A.

ℎ = Ec. 4Calculando la velocidad:

= ∗ Por lo tato.

=

=

4 = 0.0151

0.0564

4 = 6 .04/

Calculo del factor de fricción f:

= ɳ Ec. 3Sustituyendo obtenemos el número de Reynolds:

= 930 6.04 0.05643.31×10− =9571.30=9.571×10

= 0.05645 ×− =1128 Aplicando la fórmula de flujo turbulento para calcular el factor de fricción:


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= . . + .. Ec. 6

Sustituyendo:

= 0.25[( 13.71128 5.749571.30.)] =0.032

Por lo tanto la pérdida es:

ℎ = 0.032 ( 30.0564) 6.04 2×9.81 =3.1649

15.3- PERDIDAS EN LA DESCARGA.

PARA LA TUBERIA CON DIAMERTO NOMINAL DE 2 in.


PARA LOS TRAMOS RECTO B, C, D, E, F, G, Y H.

Por lo tanto se considera el factor de fricción igual que en la succión y enconsecuencia la velocidad será la misma.

Sumando todos los tramos rectos considerados tenemos:

= =.

ℎ = 0.032 ( 11.50.0564) 6.04

2×9.81 =12.13


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PARA EL TRAMO RECTO I.

Para calcular la perdida en este tramo se tiene que considerar las propiedades dela mezcla de aceite de linaza y ácido fosfórico.

Como no se hallaron las propiedades de la mezcla en sí, entonces se obtendránlos promedios de los valores de la densidad (y de la viscosidad dinámica (ɳ ) decada sustancia respectivamente:

Calculando la pérdida de energía:

ℎ = Ec. 4

Calculo del factor de fricción :

=(1307.5

)6.04

0.0564

0.0395. =11276.14=1.1276× = 0.05645 ×− =1128


Densidad kg/m3

Viscosidaddinámica ɳ

pa . s

Aceite de

linaza

25 930 3.31E-2

Ácidofosfórico

20 1685 0.046

MEZCLA 1307.5 0.0395


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Calculando el valor del factor de fricción.

= 0.25

[(1

3.71128 5.74

11276.14.

)]

=0.031 Por lo tanto la pérdida es:

ℎ = 0.031 ( 30.0564) 6.04 2×9.81 =3.066

PÉRDIDAS SECUNDARIAS.

PARA LOS CODOS 1, 2, 3 y 4 de 45 °.

ℎ = 2 Como no se hayo el factor de fricción en la zona de turbulencia completa paratubería de acero inoxidable, se utilizara la ft (factor de fricción) del acero comercial,nueva y limpia a 2 in. (mott; anexo 3, tabla 10.5).

Dónde:Ft = 0.019

Longitud equivalente del codo estándar a 45°.

= 16 Sustituyendo.

ℎ = 0.01916 6.04

2×9.81 = 0.5652 El valor que se obtuvo es la pérdida para un solo codo de 45°, entonces semultiplica por 4 para obtener la perdida de los 4 codos.

4∗0.5652=2.261


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VÁLVULA DE GLOBO ABIERTA POR COMPLETO: Donde:

= 0.019 =340 Sustituyendo obtenemos:

ℎ = 0.019340 6 .04

2∗9.81 =12.01

PARA LOS 2 CODOS ESTÁNDAR A 90°.Dónde:

= 0.019 = 30 Sustituyendo los valores:

ℎ = 0.01930 6 .04

2∗9.81 = 1.059 Esta pérdida es para un solo codo de 90°, por lo tanto se multiplica por dos paraobtener la pérdida de los 2 codos.

ℎ = 21.059 = 2.119


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15.3.1- PERDIDAS EN LA DESCARGA.

PARA LA TUBERIA CON DIAMERTO NOMINAL DE 1 ½ in. MEZCLA DE ACEITE CON ACIDO FOSFORCO.

Por lo tanto la velocidad va a cambiar: = ∗ = = 4 =

0.0151 0.04454 =9.70/


PARA LOS TRAMOS RECTOS J, K y L.

Para calcular estas pérdidas se consideran las propiedades de la mezcla de aceitede linaza con ácido fosfórico, descritos en la tabla n°2.

Calculando la pérdida de energía:

ℎ = Ec. 5

Calculo del factor de fricción:

= (1307.5 )9.70 0.04450.0395. =14288.16=1.4288×10 = 0.04455 × 1 0− =890

Por tanto el valor de f es:


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Por formula:

=0.25

[( 13.7890 5.7414288.16.)]

=0.030

Sustituyendo obtenemos la pérdida:

ℎ = 0.030 ( 4.50.0445) 9.70 2∗9.81 =14.548

PERDIDAS SECUNDARIA.

PARA EL CODO 7.

Como existe una contracción súbita entonces tenemos.

12 = 0.05640.0445 =1.26 V= 9.7 m/s

Por lo tanto:

=0.19 10.3. Sustituyendo:

ℎ = Ec. 7ℎ = 0.19 9,70

2×9.81

=0.9111


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PARA LOS CODOS 8 y 9.

En estos no existe contracción súbita por lo tanto tenemos:

= 0.021 1.5, . 297, = 30 10.4, . 297,

ℎ = 0.02130 9.70

2∗9.81

=3.021 Entonces para los dos codos tendremos:

ℎ = 23.021 =6.042 15.3.2. PERDIDAS EN LA DESCARGA.

MEZCLA DE ACEITE, ACIDO FOSFORICO Y AGUA.


PARA LOS TRAMOS RECTOS M, N, Ñ Y O.

Para este análisis se considerara la mezcla; aceite, ácido fosfórico y agua a 70°.

Se sacaran los promedios de los valores de la densidad (ρ) y de la viscosidaddinámica (ɳ ) de cada sustancia respectivamente, en este caso de los tres:


Densidad kg/m3

Viscosidaddinámica ɳ Pa. S

Viscosidadcinemáticav

m2 /s

Aceite delinaza

25 930 3.31X10- 3.56X10-

cidofosfórico

20 1685 0.046 3.05X10-

Agua 70 978 4.02X10- 4.11X10- MEZCLA 1197.66 0.0265 2.217X10-


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ℎ = Ec. 4

Calculo del factor de fricción:

= (1197.66 )9.70 0.04450.0265 . =19508.29=1.95×10

= 0.04455 × 1 0− =890 Por tanto el valor de f es:

Por formula:

= 0.25

[( 13.7890 5.7419508.29.)] =0.028

Sustituyendo obtenemos la pérdida para un tramo recto total de 14 ½ m.

ℎ = 0.028 (14.5

0.0445) 9.70

2×9.81 =43.75


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PÉRDIDAS SECUNDARIAS.

PARA LOS CODOS 10 Y 11.

Donde

= 0.021 10.5. . 297, . = 30 Sustituyendo los valores:

ℎ = 0.02130 9.70

2∗9.81 =3.021

Para los dos codos tenemos:

ℎ =2∗3.021=6.044

16.- RESULTADOS

P RDIDAS TOTALES EN LASUCCIÓN (m)

P RDIDAS TOTALES EN LADESCARGA (m)

Perdidasprimarias

3.1649 Perdidas primarias 73.494m

Perdidassecundaria

0 Perdidassecundarias

29.3871

TOTAL 3.1649 102.8811

∑ total = 106.046


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17.- SOLUCIÓN.

Cálculo de la carga total (H).

=

= 5 0 2 9 . 3 8 1 1 0 9.70

2×9.81 =39.176

Calculo de la carga de succión neta positiva (NPSHA).

= ℎ ± ℎ ℎ ℎ Ec. 10Dónde: = 101 kPa. Es de la presión atmosférica.

ℎ = = ×. × =11.07ℎ = +5ℎ = 106.46 m = Menor a 1 KPa (25°) (Fuente, ficha de datos de seguridad del aceite delinaza). Por lo tanto, se tomara un valor menor a 1 Kpa, que sería de 995 Pa.

ℎ = Carga de presión de vapor del líquido a temperatura de bombeo (m o ft).ℎ = 995/9.12×10/ =0.1091

Sustituyendo obtenemos al NPSH A:

= 11.07 5 106.46 0.1091 = 90.4991 Con la siguiente ecuación calculamos la NPSHR.


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14400 ℎ (3.7851 ) 11000=54.504 ℎ

14400 ℎ ( 1ℎ60) = 2 4 0

=39.166 Tenemos que nuestra bomba para el proceso de desgomado debe ser:

Centrifuga de alta velocidad.

Determinación del tamaño de la bomba:

Con la siguiente grafica es posible calcular el tamaño de la bomba apropiada paraimpulsar el aceite en el proceso de desgomado.

Figura 13.21. Grafica de rendimiento para una línea de bombas centrifugas.( mott, pag.401)

Para determinar el tamaño de la bomba, se requiere del caudal y de la carga total:


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14400 ℎ ( 1ℎ60) = 2 4 0

=39.166

Por lo tanto con estos datos se determinó con la gráfica 13.21, que se necesitauna bomba centrifuga de 2 × 3 1 0 . Donde;

2, diámetro en la descarga (in nominales).

3, diámetro en la succión (in nominales).

10, diámetro del impulsor (in)

Determinación de la potencia requerida.

Figura 13.24. Rendimiento de una bomba para diámetros diferentes del impulsor, con la

potencia requerida.( mott, pag. 403)

De igual forma se determina la potencia de la bomba con el flujo (gal/min) y lacarga total (m).

Se determina con la figura 13.24, que se requiere 15 hp de potencia paraimpulsar la bomba.


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18.- CONCLUSIÓN

Los sistemas de flujo de un fluido presentan ganancias de energías por bombas ypérdidas por fricción conforme el fluido pasa por los ductos y tubos, pérdidas porcambios en el tamaño de la trayectoria de flujo y pérdidas de energía por las

válvulas y accesorios.

Para calcular las pérdidas de energías tanto primarias como secundarias, encualquier diagrama de instalación de tubería, es necesario aplicar los fundamentosde fenómenos de trasporte (mecánica de fluidos) y con ello poder determinar eltipo de bomba que es indispensable para poder impulsar el fluido.

Las instalaciones de tubería se hayan en cualquier empresa industrial, ya que pormedio de ellas se han de transportar los fluidos utilizados, por lo que es necesariocalcular las pérdidas de energía que sufre el fluido y así para optimizar el

funcionamiento.Retomando de nuevo el planteamiento del problema, se puede decir que con esteanálisis hecho para la elección de una bomba de capacidad industrial, es factibleque el proceso funcione mejor y se corrija el problema.


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19.- NOMENCLATURA

= Densidad (kg/m3).

= coeficiente de resistencia (adimensional).

= Factor de fricción (adimensional).ℎ =Perdida de energía debido a la fricción ( N.m/N, m).= longitud de la corriente del flujo (m o pies). =Diámetro de la tubería (m o pies). =Velocidad promedio del flujo (m/s o pies/s).

=Factor de fricción (adimensional).


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Página 38

20.- REFERENCIAS.

Robert L. Mott, Mecánica de fluidos, 6° edición, México 2006, Pearson

educación.

Código internacional recomendado de prácticas para el almacenamiento ytransporte de aceites y grasas comestibles a granel cac/rcp 36-1987 (rev. 1-

1999)

http://www.uclm.es/profesorado/mdsalvador/58119/practicas/Codex%20CA

C-RCP%2036%20Almacenamiento%20aceites%20y%20grasas.pdf

Dr., Jorge Efrén silva, Grasas vegetales y animales.

http://es.slideshare.net/JorgeSilvaYumi/capitulo-grasas-y-aceites

Refinación física de grasas y aceites,

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/211615/Modulo_exe/211615_Mexe/l

eccin_42_refinacin_fsica_de_grasas_y_aceites.html

ACEITE DE LINAZA REFINADO, Hojas de Seguridad según

http://www.gustavheess.com/pdf_esp/3124seg.pdf

HOJA DE SEGURIDAD, ACIDO FOSFORICO

http://www.gorgas.gob.pa/wp-content/uploads/2013/12/MSDS-C-ACIDO-

FOSFORICO-7664-38-2.pdf

ACEROS INOXIDABLES, http://www.utp.edu.co/~publio17/ac_inox.htm

BOMBAS, http://tarwi.lamolina.edu.pe/~dsa/TBombas.htm

BOMBAS HIDRAULICAS,

http://www.uco.es/termodinamica/ppt/pdf/fluidos%2012.pdf

REFINERÍA PARA EL ACEITE COMESTIBLE

http://www.tinytechindia.com/spain/refinery.htm

CODIGO INTERNACIONAL RECOMENDADO DE PRACTICAS PARA EL

ALMACENAMIENTO Y TRANSPORTE DE ACEITES Y GRASASCOMESTIBLES A GRANE CAC/RCP 36-1987 (Rev. 1-1999)

http://www.uclm.es/profesorado/mdsalvador/58119/practicas/Codex%20CA

C-RCP%2036%20Almacenamiento%20aceites%20y%20grasas.pdf

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21.-ANEXOS

Anexo 1

(moot, pag, 283( expansión súbita), pag, 289 (contracción súbita).


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Página 40

Anexo 2

Diagrama de moody. (moott, pág. 237)


41/46

Página 41

Anexo 3

(mott, pag. 297)


42/46

Página 42

Anexo 4

(moot, pag 235)

Acero inoxidable 5x10 -5 m (fuente )


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Página 43

Anexo 5

Fuente, (Bridas de Acero Inoxidable | Accesorios | Manual del Acerowww.jnaceros.com.pe)


44/46

Página 44

Anexo 6

(mott, pag, 589)


45/46

Página 45

Anexo 7

(moot, pag. 591)


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Anexo 7

Propiedades físicas del ácido fosfórico.

Ácido fosfórico

Nombre IUPAC

Ácido tetraoxofosfórico (V)

General

Otros nombres Ácido ortofosfórico

Tetraoxofosfato (V) de hidrógeno

Fórmula estructural Ver imagen

Fórmula molecular H3PO4

Propiedades físicas

Densidad 1685 kg/m3; 1,685 g/cm3

Masa molar 98.00 g/mol

Punto de fusión 315 K (42 °C)

Punto de ebullición 431 K (158 °C)

Presión crítica Q atm
http://es.wikipedia.org/wiki/Uni%C3%B3n_Internacional_de_Qu%C3%ADmica_Pura_y_Aplicadahttp://es.wikipedia.org/wiki/Uni%C3%B3n_Internacional_de_Qu%C3%ADmica_Pura_y_Aplicadahttp://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%B3rmula_estructuralhttp://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%B3rmula_estructuralhttp://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%B3rmula_molecularhttp://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%B3rmula_molecularhttp://es.wikipedia.org/wiki/Densidadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Densidadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Kilogramohttp://es.wikipedia.org/wiki/Metro_c%C3%BAbicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Metro_c%C3%BAbicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Metro_c%C3%BAbicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Gramohttp://es.wikipedia.org/wiki/Cent%C3%ADmetro_c%C3%BAbicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Cent%C3%ADmetro_c%C3%BAbicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Cent%C3%ADmetro_c%C3%BAbicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Masa_molarhttp://es.wikipedia.org/wiki/Masa_molarhttp://es.wikipedia.org/wiki/Gramohttp://es.wikipedia.org/wiki/Molhttp://es.wikipedia.org/wiki/Punto_de_fusi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Punto_de_fusi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Punto_de_ebullici%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Punto_de_ebullici%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_cr%C3%ADticahttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_cr%C3%ADticahttp://es.wikipedia.org/wiki/Atm%C3%B3sfera_(unidad)http://es.wikipedia.org/wiki/Atm%C3%B3sfera_(unidad)http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_cr%C3%ADticahttp://es.wikipedia.org/wiki/Punto_de_ebullici%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Punto_de_fusi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Molhttp://es.wikipedia.org/wiki/Gramohttp://es.wikipedia.org/wiki/Masa_molarhttp://es.wikipedia.org/wiki/Cent%C3%ADmetro_c%C3%BAbicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Gramohttp://es.wikipedia.org/wiki/Metro_c%C3%BAbicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Kilogramohttp://es.wikipedia.org/wiki/Densidadhttp://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%B3rmula_molecularhttp://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%B3rmula_estructuralhttp://es.wikipedia.org/wiki/Uni%C3%B3n_Internacional_de_Qu%C3%ADmica_Pura_y_Aplicada

Calculo de Perdidas de Energia, Feno

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