TEMA
Simulación de un Sistema de Tuberías con Bombas Iguales en serie para el Transporte de Agua desde una Cisterna en Planta Baja "A" hasta un Tanque en el Tercer Piso "B"
Aprovechamiento de la Energía Potencial en la Red de Tuberías para la Distribución nuestra Planta Industrial Enlatadora de Durazno
INTRODUCCION
En la ingeniería industrial, la optimización de las operaciones unitarias es fundamental para mejorar la eficiencia y sostenibilidad de los procesos productivos. En el contexto de una planta industrial enlatadora de durazno, uno de los desafíos más críticos es garantizar una distribución eficiente del agua, un recurso vital para diversas etapas del proceso. Este proyecto se enfoca en la simulación de un sistema de tuberías con bombas iguales en serie y una sola bomba para el transporte de agua desde una cisterna en la planta baja (Punto A) hasta un tanque en el quinto piso (Punto B). La principal meta es maximizar el aprovechamiento del consumo energético del sistema hidráulico, asegurando una distribución óptima del agua en toda la planta. La configuración de bombas en serie es una estrategia diseñada para incrementar gradualmente la presión del agua, permitiendo superar la altura entre la cisterna y el tanque de almacenamiento. Este enfoque es crucial para mantener un flujo constante y adecuado, especialmente en un entorno industrial donde las interrupciones pueden afectar significativamente la productividad. El proyecto involucra varios componentes clave. Primero, se realizará un diseño detallado del sistema de tuberías, considerando las especificaciones físicas del edificio y los requerimientos operacionales de la planta enlatadora. Posteriormente, se seleccionarán y configurarán bombas idénticas en serie y una sola bomba para garantizar la presión necesaria. Utilizando software especializado en simulación hidráulica, se modelará el comportamiento del agua en el sistema, analizando variables críticas como la presión, el caudal y las pérdidas energéticas. Un aspecto fundamental del estudio es el análisis energético del sistema y el cuidado del sistema de bombeo y tuberías. Esto incluye la optimización de materiales y diámetros de las tuberías, así como la disposición de las bombas para minimizar pérdidas y maximizar el rendimiento energético. Este proyecto no solo busca un diseño optimizado para la distribución de agua, sino que también pretende validar el modelo a través de simulaciones detalladas, anticipando y resolviendo posibles problemas antes de la implementación real. La simulación proporciona una base sólida para la toma de decisiones informadas, permitiendo ajustes y mejoras continuas en el sistema. En resumen, la simulación del sistema de tuberías con una bomba y dos bombas en serie en esta planta industrial enlatadora de durazno representa una aplicación práctica de principios de operaciones unitarias y optimización energética en ingeniería industrial. Este estudio tiene el potencial de mejorar significativamente la eficiencia de la planta, reduciendo costos operativos y promoviendo prácticas más sostenibles en el manejo de recursos esenciales como el agua.
JUSTIFICACION
La
justificación de este proyecto radica en la necesidad de optimizar la
eficiencia operativa y la sostenibilidad de la planta industrial enlatadora de
durazno. El agua es un recurso esencial para diversas etapas del proceso de
enlatado, desde la limpieza de la materia prima hasta el procesamiento y
envasado. Un suministro eficiente y confiable de agua es crucial para mantener
la calidad del producto y la continuidad de las operaciones.
1. Eficiencia Operativa:
La
implementación de un sistema de tuberías con bombas en serie permite
incrementar gradualmente la presión del agua, asegurando que el suministro
llegue de manera efectiva desde la cisterna en la planta baja hasta el tanque
en el tercer piso. Esto es especialmente importante en un entorno industrial,
donde una presión de agua inadecuada puede causar interrupciones y reducir la
eficiencia del proceso productivo.
2. Optimización Energética:
El
aprovechamiento de la energía potencial del agua a través de una configuración
de bombas en serie optimiza el uso de recursos energéticos. Al diseñar un
sistema que maximiza la eficiencia hidráulica y minimiza las pérdidas de
energía, se reduce el consumo de electricidad y se disminuyen los costos
operativos asociados al bombeo de agua.
3. Sostenibilidad:
Un sistema
de distribución de agua eficiente contribuye a la sostenibilidad de la planta
industrial. Al minimizar las pérdidas de energía y optimizar el uso del agua,
se promueven prácticas más ecológicas y responsables. Esto no solo beneficia al
medio ambiente, sino que también mejora la imagen corporativa de la planta,
alineándose con estándares y expectativas cada vez más estrictos en términos de
responsabilidad ambiental.
4. Reducción de Costos:
La
eficiencia en la distribución de agua y la reducción del consumo energético se
traducen directamente en una disminución de los costos operativos. Este ahorro
puede ser reinvertido en otras áreas de la planta, promoviendo la innovación y
mejorando la competitividad en el mercado.
5. Base para Futuras Mejoras:
La
simulación y análisis detallado del sistema proporciona una base sólida para
futuras expansiones y mejoras. Entender el comportamiento hidráulico del
sistema permite realizar ajustes precisos y planificar mejor las inversiones en
infraestructura, asegurando que la planta pueda adaptarse a cambios en la
demanda o en los procesos productivos.
En
conclusión, este proyecto no solo aborda la necesidad inmediata de un
suministro eficiente de agua en la planta enlatadora de durazno, sino que
también establece una base sólida para mejorar la eficiencia operativa, reducir
costos, y promover prácticas sostenibles a largo plazo. La simulación y
optimización del sistema de tuberías y bombas en serie es, por lo tanto, una
inversión estratégica en la eficiencia y sostenibilidad de la planta industria
FUNDAMENTOS TEÓRICO
¿Qué son
las Operaciones Unitarias?
Las
operaciones unitarias son los pasos básicos que se realizan en las fábricas y
plantas para convertir materias primas en productos finales. Imagina que estás
haciendo una receta de cocina: cada paso como mezclar, calentar, o enfriar es
una operación unitaria.
Tipos de
Operaciones Unitarias
1. Calentar y Enfriar (Transferencia de
Calor)
ü Ejemplo: Cocinar alimentos en una
estufa o enfriar una bebida en el refrigerador.
ü En la industria: Calentar líquidos
en una caldera o enfriar gases en un condensador.
2. Mezclar y Separar (Transferencia de
Masa)
ü Ejemplo: Disolver azúcar en agua o
filtrar café.
ü En la industria: Mezclar
ingredientes en un tanque o separar componentes en una columna de destilación.
3. Mover Líquidos y Gases
(Transferencia de Cantidad de Movimiento)
ü Ejemplo: Usar una manguera para
regar el jardín.
ü En la industria: Bombear líquidos a
través de tuberías o ventilar gases en una chimenea.
4. Separar Sólidos y Líquidos
(Operaciones de Separación)
ü Ejemplo: Colar pasta o exprimir el
jugo de una fruta.
ü En la industria: Filtrar partículas
sólidas de líquidos o usar centrifugadoras para separar componentes.
¿Por qué
son Importantes?
Las
operaciones unitarias son como las piezas de un rompecabezas. Cada una es
importante para completar el proceso de fabricación. Al entender y controlar
estas operaciones, las fábricas pueden:
·
Hacer
productos de mejor calidad.
·
Ahorrar
dinero.
·
Ser
más eficientes.
·
Reducir
el impacto ambiental.
Ejemplos
Comunes en la Vida Diaria
Hacer
Café:
·
Calentar
agua (Transferencia de Calor).
·
Disolver
café en agua (Transferencia de Masa).
·
Filtrar
el café (Operación de Separación).
Lavar
Ropa:
·
Mezclar
detergente con agua (Transferencia de Masa).
·
Centrifugar
la ropa para secarla (Transferencia de Cantidad de Movimiento).
Resumen
Las
operaciones unitarias son los pasos básicos en los procesos industriales y en
muchas actividades diarias. Comprenderlas nos ayuda a hacer productos de manera
más eficiente y con mejor calidad.
OPERACIÓN UNITARIA RELACIONADA CON LA MECÁNICA DE FLUIDOS.
El flujo de
fluidos es una operación unitaria crucial en la mecánica de fluidos, y su
comprensión es vital para diseñar y operar sistemas que involucren el
transporte y manejo de líquidos y gases. Las leyes como la ecuación de
Bernoulli, la ley de continuidad y la ley de Poiseuille son herramientas
esenciales para describir y predecir el comportamiento de los fluidos en
diversas aplicaciones industriales y cotidianas.
Una
operación unitaria relacionada con la mecánica de fluidos es el flujo de
fluidos. Este concepto se refiere al movimiento de líquidos o gases a través de
conductos o alrededor de obstáculos. A continuación, se presenta una
explicación sencilla de este concepto:
Flujo de Fluidos
Definición
El flujo de
fluidos es la operación en la cual un líquido o gas se desplaza debido a la
diferencia de presión o la acción de una fuerza externa. Este movimiento puede
ocurrir en tuberías, canales, bombas, ventiladores, y otros sistemas de
transporte de fluidos.
Tipos de Flujo
Flujo
Laminar:
·
Características:
Las partículas del fluido se mueven en capas paralelas, sin mezclarse. Ocurre a
bajas velocidades y es típico en fluidos viscosos.
·
Ejemplo:
El flujo de aceite en una tubería estrecha.
Flujo
Turbulento:
·
Características:
El movimiento es caótico y las partículas se mezclan constantemente. Ocurre a
altas velocidades y es común en fluidos menos viscosos.
·
Ejemplo:
El agua saliendo de una llave abierta a gran velocidad.
Flujo
Transicional:
·
Características:
Es una mezcla de flujo laminar y turbulento. Ocurre cuando el fluido cambia de
un régimen a otro.
· Ejemplo: Agua en una tubería que empieza a moverse más rápido
CONCEPTOS BÁSICOS DE LA MECÁNICA DE FLUIDOS
DEFINICIÓN
DE PRESIÓN
La presión
es la fuerza ejercida por un fluido (líquido o gas) sobre una superficie por
unidad de área. Se mide en pascales (Pa) en el Sistema Internacional de
Unidades (SI).
Fórmula de la Presión:
·
P:
Presión
·
F:
Fuerza aplicada perpendicularmente a la superficie
·
A:
Área de la superficie
DEFINICIÓN
DE DENSIDAD
La densidad
es una medida de la cantidad de masa que hay en un determinado volumen de una
sustancia. Se expresa como la masa por unidad de volumen.
Fórmula
de la Densidad:
·
ρ (rho): Densidad
·
m:
Masa
DEFINICIÓN
DE PESO ESPECÍFICO
El peso
específico es el peso por unidad de volumen de una sustancia. A diferencia de
la densidad, que mide la masa por unidad de volumen, el peso específico mide la
fuerza gravitacional que actúa sobre esa masa por unidad de volumen.
Fórmula del Peso Específico:
·
γ
(gamma): Peso específico
·
W:
Peso (fuerza gravitacional)
·
V:
Volumen
GRAVEDAD
ESPECÍFICA.
La gravedad
específica es una medida adimensional que compara la densidad de una sustancia
con la densidad del agua a una temperatura y presión estándar. Es una forma de
expresar cuán denso es un material en relación con el agua, que generalmente se
toma como referencia.
CAUDAL.
Caudal es
la cantidad de fluido que pasa por un punto dado en un sistema en un intervalo
de tiempo determinado. Se expresa típicamente en unidades de volumen por unidad
de tiempo, como metros cúbicos por segundo (m³/s), litros por segundo (l/s) o
galones por minuto (gpm).
Fórmula
del Caudal:
· Q: Caudal (volumen por unidad de tiempo)
·
V:
Volumen de fluido que pasa por el punto en cuestión
·
t:
Tiempo durante el cual ocurre el flujo
ECUACIÓN
DE CONTINUIDAD.
La ecuación de continuidad es un principio
fundamental en la mecánica de fluidos que establece que la cantidad de masa que
entra en un sistema debe ser igual a la cantidad de masa que sale del sistema,
siempre y cuando no haya acumulación o pérdida de masa en el interior del
sistema. Esta ecuación se basa en el principio de conservación de la masa y es
aplicable a cualquier flujo de fluido incompresible.
ECUACIÓN
DE BERNOULLI
La ecuación
de Bernoulli es una importante herramienta en la mecánica de fluidos que
describe el comportamiento de un flujo de fluido incompresible, sin fricción y
sin fuentes de calor externas a lo largo de una línea de corriente. Esta
ecuación establece una relación entre la presión, la velocidad y la altura de
un fluido en movimiento y es fundamental para entender el flujo de fluidos en
una variedad de aplicaciones. Donde:
·
P
es la presión del fluido en el punto considerado.
·
ρ
es la densidad del fluido.
·
v
es la velocidad del fluido en ese punto.
·
g
es la aceleración debida a la gravedad.
·
h es la altura del fluido con relación a un
punto de referencia.
La ecuación
de Bernoulli es una expresión de la conservación de la energía mecánica en un
fluido en movimiento. Por lo tanto, las energías que intervienen en la ecuación
son:
Energía
Potencial:
Representada por el término ρgh, donde:
·
ρ
es la densidad del fluido.
·
g
es la aceleración debida a la gravedad.
·
h
es la altura del fluido sobre un punto de referencia. Esta altura se refiere a
la altura sobre el punto de referencia donde se toma la energía potencial como
cero.
Energía
Cinética:
Representada por el término 1/2 ρv2, donde:
·
ρ
es la densidad del fluido.
·
v
es la velocidad del fluido en ese punto.
Energía
de Presión:
Representada por el término P, que es la presión estática del fluido en el
punto considerado.
La ecuación
de Bernoulli establece que la suma de estas tres energías es constante a lo
largo de una línea de corriente en un flujo de fluido incompresible, sin
fricción y sin fuentes de calor externas. En otras palabras, a lo largo de una
trayectoria del fluido, la energía total del fluido (energía potencial,
cinética y de presión) se mantiene constante si no hay pérdidas de energía
debido a la fricción o a otros factores.
ECUACIÓN GENERAL DE LA ENERGÍA
En mecánica de fluidos, la ecuación general de la energía se utiliza
para describir la conservación de la energía en un flujo de fluido. Esta
ecuación es una expresión de la conservación de la energía mecánica y térmica
en un sistema fluido y puede expresarse de varias maneras dependiendo de las
condiciones y las simplificaciones aplicadas. Una forma común de la ecuación
general de la energía en mecánica de fluidos es la ecuación de Bernoulli, que
se aplica a un flujo incompresible, no viscoso y en régimen estacionario, y se
expresa como:
PÉRDIDAS
Y GANANCIA DE ENERGÍA
En mecánica
de fluidos, las pérdidas y ganancias de energía se refieren a los cambios en la
energía total de un flujo de fluido a medida que este se mueve a través de un
sistema. Estos cambios pueden ser el resultado de diversos factores, como la
fricción, la expansión o contracción del flujo, la presencia de obstáculos en
el camino del flujo, entre otros.
Pérdidas
de energía: Estas
ocurren cuando la energía total del fluido disminuye a medida que fluye a
través de un sistema debido a la conversión de energía cinética en energía de
otro tipo, como energía térmica o trabajo realizado contra la fricción. Las
pérdidas de energía pueden ocurrir debido a la fricción con las paredes del
conducto, la expansión o contracción súbita del flujo, cambios bruscos en la
dirección del flujo, entre otros. Estas pérdidas son generalmente indeseables
ya que reducen la eficiencia del sistema y pueden conducir a una menor
capacidad de transporte de energía o fluidos.
Ganancias de energía: Estas se producen cuando la energía total del fluido aumenta a medida que fluye a través de un sistema. Las ganancias de energía pueden ocurrir, por ejemplo, cuando un fluido es comprimido, cuando el fluido desciende en un campo gravitatorio, o cuando se transfiere calor al fluido. Las ganancias de energía pueden ser deseables en ciertas aplicaciones, como en sistemas de bombeo donde se necesita aumentar la energía del fluido para superar las pérdidas y mantener un flujo constante a través del sistema.
NUMERO
DE REYNOLDS
El número
de Reynolds (Re) es un parámetro adimensional que se utiliza en mecánica de
fluidos para caracterizar el régimen de flujo de un fluido dentro de un
conducto o alrededor de un objeto. Se define como la relación entre las fuerzas
inerciales y las fuerzas viscosas en el fluido y se expresa de la siguiente
manera:
Donde:
·
ρ
es la densidad del fluido.
·
V
es la velocidad característica del fluido (por lo general, la velocidad media o
la velocidad máxima en el conducto).
·
L
es una longitud característica del sistema (como el diámetro hidráulico en un
conducto circular).
·
μ
es la viscosidad cinemática del fluido.
El número
de Reynolds es un indicador importante del tipo de flujo que se produce en un
sistema:
1. Para Re<2000, el flujo se
considera laminar, lo que significa que el movimiento del fluido es suave y
ordenado, con capas de fluido que se deslizan unas sobre otras.
2. Para 2000<Re<4000, el flujo
puede ser transicional, lo que significa que está en una zona intermedia entre
el flujo laminar y el flujo turbulento, y puede ser inestable.
3. Para Re>4000, el flujo se
considera turbulento, lo que significa que el fluido experimenta movimientos
caóticos y vórtices, y las fuerzas viscosas predominan sobre las fuerzas
inerciales.
FACTOR
DE FRICCIÓN
En mecánica
de fluidos, el factor de fricción es un parámetro que describe la resistencia
al flujo en un conducto o alrededor de un objeto sumergido en un fluido. Es
esencial para determinar las pérdidas de energía debido a la fricción en un sistema
de flujo.
EL
DIAGRAMA DE MOODY
El diagrama
de Moody es la representación gráfica en escala doblemente logarítmica del
factor de fricción en función del número de Reynolds y la rugosidad relativa de
una tubería, diagrama hecho por Lewis Ferry Moody. que representa el factor de
fricción de Darcy, conocido también como coeficiente de fricción. El diagrama
de Moody se compone de una serie de curvas que representan el factor de
fricción en función del número de Reynolds y la rugosidad relativa.
Generalmente, estas curvas están etiquetadas con valores específicos del factor
de fricción.
PERDIDA
MENORES
Válvulas
y Accesorios:
Las
pérdidas menores asociadas con válvulas y accesorios en un sistema de tuberías
son una parte importante de las pérdidas de energía totales y deben
considerarse cuidadosamente en el diseño y la operación del sistema. Estas
pérdidas se producen debido a la presencia de elementos como válvulas, codos,
tees, reducciones, y otros accesorios que interrumpen el flujo suave del fluido
y causan turbulencias locales.
1. Válvulas: Las válvulas son dispositivos
utilizados para controlar o regular el flujo de fluido en un sistema. Las
pérdidas de energía a través de las válvulas pueden ser significativas,
especialmente cuando están parcialmente cerradas para ajustar el flujo. El diseño
de la válvula, el tipo de válvula (como compuerta, globo, mariposa, etc.), el
coeficiente de descarga y otras características afectan las pérdidas de energía
asociadas con las válvulas.
2. Codos y accesorios: Los codos, tees, reducciones y
otros accesorios en una tubería pueden causar turbulencia en el flujo y
aumentar las pérdidas de energía. La magnitud de estas pérdidas depende de
factores como el ángulo del codo, la forma y el diseño del accesorio, la velocidad
del flujo y la rugosidad relativa del conducto.
3. Estimación de pérdidas: Las pérdidas de energía asociadas
con válvulas y accesorios a menudo se estiman utilizando factores de corrección
empíricos proporcionados por organizaciones de ingeniería o fabricantes de
equipos. Estos factores de corrección se aplican al cálculo de las pérdidas de
energía totales en el sistema y se suman a las pérdidas mayores debidas a la
fricción en las paredes del conducto.
4. Minimización de pérdidas: La selección adecuada de válvulas y
accesorios, así como el diseño óptimo del sistema de tuberías, pueden ayudar a
minimizar las pérdidas de energía asociadas con estos elementos. La elección de
válvulas con coeficientes de descarga más altos y el uso de accesorios
diseñados para reducir la turbulencia pueden ayudar a mitigar las pérdidas
menores.
BOMBAS
DE AGUA
Las bombas
de agua son dispositivos diseñados para transportar agua u otros líquidos de un
lugar a otro, generalmente desde un nivel más bajo a un nivel más alto o a
través de un sistema de tuberías. Operan mediante la conversión de energía
mecánica en energía de flujo, aumentando la presión del líquido y permitiendo
su movimiento a través del sistema.
1. Principio de funcionamiento: Las bombas de agua funcionan
utilizando un impulsor giratorio que genera fuerza centrífuga o de
desplazamiento positivo para empujar el líquido a través del sistema.
Dependiendo del diseño, las bombas pueden ser centrífugas, de desplazamiento
positivo, axiales, o mixtas.
2. Tipos de bombas: Hay una variedad de tipos de bombas
de agua, cada una con sus propias características y aplicaciones específicas.
Algunos ejemplos comunes incluyen bombas centrífugas, bombas de émbolo, bombas
de engranajes, bombas de paletas, bombas de diafragma, entre otras.
3. Aplicaciones: Las bombas de agua se utilizan en
una amplia gama de aplicaciones, que van desde el suministro de agua potable en
sistemas de abastecimiento público hasta aplicaciones industriales, agrícolas y
de tratamiento de aguas residuales. También se utilizan en sistemas de
calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC), en sistemas de riego, en
la industria química, y en la industria petrolera, entre otros.
4. Eficiencia y mantenimiento: La eficiencia de una bomba de agua
es un factor importante por considerar, ya que afecta el consumo de energía y
los costos operativos. Las bombas deben ser seleccionadas y operadas de manera
que minimicen las pérdidas de energía y maximicen su rendimiento. Además, el
mantenimiento regular es crucial para garantizar un funcionamiento confiable y
prolongar la vida útil de la bomba.
PARTES
DE LA BOMBA
Las bombas
de agua pueden tener diferentes diseños y configuraciones dependiendo de su
tipo y aplicación específica. Sin embargo, las siguientes son algunas partes
comunes que se encuentran en la mayoría de las bombas:
ü Carcasa o Cuerpo de la Bomba: Es la
estructura principal de la bomba que contiene y alberga a las demás partes
internas. La carcasa puede ser de metal o plástico y está diseñada para
resistir la presión generada por el fluido bombeado.
ü Impulsor: Es un componente rotativo
que transfiere energía al fluido bombeado. Puede tener varias paletas, álabes o
elementos de propulsión, y su forma y diseño varían según el tipo de bomba. El
impulsor gira dentro de la carcasa y genera un flujo de fluido mediante fuerzas
centrífugas o de desplazamiento positivo.
ü Eje: Es un eje sólido que conecta el
impulsor al motor o al mecanismo de accionamiento de la bomba. Transmite el
movimiento rotativo del motor al impulsor.
ü Sello mecánico o empaquetadura: Es
una pieza que se utiliza para evitar fugas de fluido a lo largo del eje de la
bomba. Puede ser un sello mecánico que utiliza un conjunto de sellos giratorios
y estacionarios para crear un sellado hermético, o un sistema de empaquetadura
que utiliza un material de embalaje para sellar el eje.
ü Cámara de la bomba: Es el espacio
dentro de la carcasa donde se encuentra el impulsor y donde se genera el flujo
de fluido. Puede tener diferentes formas y tamaños según el diseño de la bomba.
ü Conexiones de entrada y salida: Son
los puntos de entrada y salida del fluido en la bomba. Las conexiones pueden
estar equipadas con bridas, roscas u otros tipos de conexiones para conectar la
bomba al sistema de tuberías.
ü Motor o mecanismo de accionamiento:
Es la fuente de energía que impulsa el movimiento del impulsor. Puede ser un
motor eléctrico, un motor de combustión interna, un motor neumático, u otro
tipo de dispositivo de accionamiento.
ü Base o montaje: Es una estructura
que proporciona soporte y estabilidad a la bomba. Puede ser una base sólida de
metal o una estructura de montaje ajustable.
Bomba utilizada: Electrobomba con rodete periférico (PV), Pedrollo.
CAMPO DE PRESTACIONES.
•
Caudal hasta 10 l/min (0.6 m³/h)
•
60 Hz: Altura manométrica hasta 55 m
•
50 Hz: Altura manométrica hasta 42 m
LIMITES DE UTILIZO.
•
Altura de aspiración manométrica hasta 8 m
•
Temperatura del líquido de -10 °C hasta +90
°C
•
Temperatura ambiente de -10 °C hasta +45 °C
•
Presión máx. en el cuerpo de la bomba 10 bar
•
Funcionamiento continuo S1
COMPONENTES
CÁLCULOS
PLANTEAMIENTO
DEL PROBLEMA
En la planta industrial Duraznos Delicia S. A, se enfrentan a desafíos significativos en términos de consumo energético y sus costos derivados, específicamente en el contexto de la optimización energética en la Planta Industrial Enlatadora de Durazno. La preocupación principal radica en la selección y gestión eficiente del consumo de energía, especialmente debido a que Duraznos Delicia S. A. posee un sistema hidráulico igual en sus tres localidades, en el cual hacen uso de 2 bombas en serie. En este escenario, la eficiencia en el transporte de agua desde una cisterna en la planta baja hasta un tanque en el quinto piso se vuelve imperativa.
Para
abordar esta problemática, hemos considerado una solución propuesta por
estudiantes de Ingeniería Industrial. Sugerimos la implementación de una única
estación de bombeo en cada una de las tres localidades. Sin embargo, para
garantizar la selección adecuada de la bomba y evitar posibles sobrecargas en
la estación de bombeo, hemos optado por realizar una simulación detallada de un
sistema de tuberías con dos bombas en serie en comparación con una sola bomba.
Mediante
esta simulación y los cálculos meticulosamente realizados en Excel, esperamos
determinar con precisión la carga necesaria, evaluar las pérdidas de carga y
establecer las especificaciones requeridas para la adquisición de un modelo
único para las dos bombas. Este enfoque nos permitirá asegurar un transporte
eficiente de agua y maximizar el aprovechamiento del consumo energético,
contribuyendo así a la optimización de los recursos y la eficiencia operativa
en Duraznos Delicia S. A.
DESCRIPCIÓN DEL CASO
Duraznos Delicia S. A. posee una capacidad de proceso de 400 Kg al día de materia prima (durazno), utilizando un flujo volumétrico de 8.33 L/m de agua a temperatura ambiente para suplir la producción, las bombas son de la marca Pedrollo Electrobomba con rodete periférico (PV) monofásica y están ubicada al pie de una cisterna, deben llevar el agua a través de una tubería de PVC, cédula 40 de 2”, desde la base de la cisterna hasta un contenedor de 40 000 L de capacidad ubicado en un tercer piso a (20)m.
Determine:
A. La carga de la bomba.
B. Calcular la potencia requerida.
C. Si existe o no peligro de
cavitación.
D. Escoger la mejor opción entre una bomba o dos bombas en serie
Presentación del esquema y datos relevantes
CALCULOS DE NUESTRA PLANTA INDUSTRIAL
OBJETO:
A. Determinar la carga de la bomba
B. Calcular la potencia requerida.
C. Si existe o no peligro de
cavitación.
D. Escoger la mejor opción entre una
bomba o dos bombas en serie.
ESQUEMA Y DATOS:
CALCULOS:
A. La carga de la bomba.
B. Calcular la potencia requerida.
C. Si existe o no peligro de
cavitación.
D. Escoger la mejor opción entre una
bomba o dos bombas en serie.
CONCLUSION Y RECOMENDACION:
A. Una sola bomba tiene una carga de
23,92 metros, lo cual es suficiente para suministrar agua a la altura del
tanque ubicado a 20 metros (quinto piso), la carga de las dos bombas en serie
es el doble, en el caso de cambiar de planta industrial a una donde el tanque
se encuentre en una altura superior a los 23,92 m, se recomienda el uso de las
dos bombas en serie en este apartado para asegurar un correcto flujo del agua.
B. En términos de potencia requerida
por las bombas, el uso de una sola bomba es más eficiente en temas de consumo
energético y costos, las bombas en serie consumen el doble.
C. No existe peligro de cavitación
según los datos actuales, podemos estar tranquilos en lo referente a la salud
de nuestro sistema hidráulico.
D. Una bomba es suficiente para
asegurar el procesamiento de los productos, cumpliendo con los requisitos de
altura y siendo más económica en operación. No hay necesidad de usar dos bombas
en serie. Por lo tanto, se recomienda utilizar una sola bomba para suministrar
agua al tanque en el quinto piso, ya que es suficiente para alcanzar la altura
requerida y es más eficiente en términos de consumo energético y costo.
De esta
manera concluimos que nuestra sugerencia inicial sobre el uso de una sola bomba
para el sistema hidráulico en Duraznos Delicia S. A. era acertada, pudiéndose
aplicar a las tres localidades industriales, asegurando un correcto flujo de
procesos. Al usar una sola bomba en lugar de las dos bombas en serie, el
consumo energético y los costos asociados se dividen a la mitad, siendo
únicamente necesario el uso de dos bombas en serie cuando la altura del tanque
sea mayor que el de la carga de una sola bomba, y al no existir cavitación,
Duraznos Delicia S. A. puede estar tranquilo de la salud de su sistema
hidráulico.
ANEXOS:
TABLAS UTILIZADAS
BIBLIOGRAFIA
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