SELECCIN DEL DAMETRO DE TUBERA

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Seleccin del dimetro ptimo de tuberaFelix Mendoza Gonzalez fd.mendoza20@gmail.comDeterminndolo desde un criterio econmico

Cuando se genera la necesidad de transportar un caudal Q, de un fluido dado a lo largo de cierta distancia; de inmediato se piensa en la utilizacin de tubera para lograr tal fin. Ahora se abordar el tema desde el punto de vista econmico.

Por el hecho que la tubera circular tiene la geometra ptima para el transporte de fluidos (adems de varias razones tcnicas); solo se considera esta en el presente artculo. La razn econmica por la cual se afirma lo anterior, es que el crculo es la forma geomtrica que tiene mayor rea con el menor permetro (y por lo tanto requiere menos material para su construccin).

Al momento de seleccionar el dimetro de la tubera no solo se debe considerar un criterio tcnico (capacidad y resistencia); sino tambin debe estar basado en un criterio econmico.El criterio econmico que ser propuesto est sustentado en el anlisis del Costo Total del Ciclo de Vida para una longitud de tubera dada. Dicho Costo Total incluye el costo inicial de instalacin (costo fijo o de capital), ms el costo de operacin (bombeo) en el cual se incurre a lo largo de todo el tiempo de trabajo de la tubera.

El sentido comn nos indica que el valor de la tubera aumenta, en la medida en que el dimetro aumenta. Y haciendo una anlisis somero, se puede evidenciar fcilmente que las perdidas de energa generadas por la friccin (y por consiguiente el consumo de energa), para un caudal Q fijo, disminuye en la medida en que la tubera es de mayor tamao.

En concreto, todos los dimetros de tubera tienen un costo de instalacin fijo y un costo de operacin que crece exponencialmente en la medida en que se aumenta el caudal (Ver grfica 1).

Grfica 1.

Como se puede ver en la grfica anterior, cuando el caudal es bajo, el costo de operacin tambin es bajo, pero este ultimo crece exponencialmente en la medida en que se incrementa el caudal manejado. Cuando el caudal es bajo el mayor porcentaje del costo total se le atribuye al costo de instalacin, pero en la medida que dicho caudal aumente, el costo de operacin crece muy rpido, y muy fcilmente, duplica o triplica el costo de instalacin.

Lo expuesto anteriormente, fue con la intencin de mostrar los dos componentes de costo y su comportamiento, para un dimetro de tubera dado, en funcin del caudal Q manejado.

Ahora se analizar el comportamiento de dos tuberas de diferente dimetro sobre la misma grafica, esto con el fin de poder comparar el Costo Total del Ciclo de Vida de cada una de las dos tuberas (Ver grfica 2).

Grfica 2La tubera A (pequea) tiene un costo de instalacin inicial bajo y, a caudales bajos, es la alternativa ms econmica. En la medida en que el caudal se incrementa, el costo de operacin de la tubera pequea incrementa ms rpidamente, hasta el punto donde el costo total para la tubera pequea es alto.

Ahora, para poder comparar la viabilidad de cada una de las tuberas, es indispensable poner la atencin sobre el punto de cruce entre las curvas de costo total. Este punto de cruce est asociado a un caudal crtico, es decir, un valor de caudal, donde se transfiere el menor costo total de una tubera a la otra.

A la derecha del punto de cruce, la tubera B (grande) es la seleccin ms econmica, dado que, aunque tiene un costo de instalacin mayor, el comportamiento del costo de operacin hace que el costo total sea menor.

De esta forma se puede ver claramente que si el caudal requerido por el proceso es menor al caudal crtico (caudal correspondiente al punto de cruce), se debe utilizar la tubera de menor dimetro.

Para el caso en donde dicho caudal requerido est en la vecindad de caudal crtico, se recomienda utilizar la tubera mas grande y as tener capacidad suficiente para poder asumir y compensar los efectos futuros de algn cambio en el proceso y/o obstrucciones de la tubera.

Adicionalmente a lo anterior, al utilizar la tubera de mayor dimetro se disminuye la velocidad de flujo y se alarga la vida til de la tubera ya que se evitan problemas de abrasin por altas velocidades, si se diera el caso que el fluido manejado tenga slidos en suspensin.

Con la ayuda de una hoja de clculo electrnica y teniendo en cuenta ciertas variables como el tiempo de duracin de operacin, el costo de la energa, longitud del ciclo de vida, eficiencia del motor y de la bomba y el costo de capital de la tubera, entre otros, se puede hacer una anlisis considerando todo el espectro de posibilidades que influyen en la cuantificacin del valor del costo total del ciclo de vida y as poder escoger la opcin mas econmica para el proyecto.

Ya para concluir, sera de gran ayuda cuando se presentan varios procesos que requieren de manejo de caudales diferentes, hacer una grafica conjunta donde se muestren las curvas de costo total para varias tuberas y as poder determinar rpidamente dependiendo del caudal a manejar, el dimetro optimo a utilizar (Ver grfica 3).

Grfica 3Autor:

Felix Mendoza Gonzalez

fd.mendoza20@gmail.comIngeniero Mecnico.Para ver trabajos similares o recibir informacin semanal sobre nuevas publicaciones, visite www.monografias.com