UNIVERSIDAD DE LA SABANA, FACULTAD DE INGENIERÍA, INGENIERÍA DE FENÓMENOS DEL TRANSPORTE
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Diseño de red de tubería para trasportar Acido Propanoico Agosto 18 de 2015
J. Felipe Niño G. Cód.: 201213722, Ingeniería Química. Diego F. Moreno Cód.: 201312884, Ingeniería Química.
William Hernández Cód.: 201313100, Ingeniería Química.
1. JUSTIFICACÍON
Este proyecto se hace como parte del estudio de series de tuberías, buscando adquirir
conocimiento analítico y realista necesario en la formación de un ingeniero para el diseño
de redes de tuberías. El trasporte de fluidos es uno de los aspectos más importantes en la
industria; identificar las condiciones de trabajo así como las propiedades del conducto o
tubería son las tareas primarias de un ingeniero que se encuentre trabajando en el área.
En este escrito se presenta un análisis de caso, donde se buscara especificar las
características de una serie de tuberías con sus accesorios correspondientes necesarios
para trasladar ácido Propanoico desde el salón C-102 hasta el restaurante escuela en el
edificio L, Universidad de La Sabana.
Este tipo de proyectos permite a los estudiantes, futuros ingenieros, acercase a los
escenarios reales de la vida laboral, permitiendo enfrentar mejor estas situaciones con
conocimientos fundamentados para así identificar la mejor solución a los diversos
problemas de diseño que pueda afrontar [1].
2. GENERALIDADES DEL ACIDO PROPANOICO
Tabla No. 1 Propiedades del Ácido Propanoico
[2]
E
l
Á
c
i
do Propanoico o Propionico es un ácido carboxílico de formula molecular C3H6O2 hace
parte de los ácidos débiles, posee características físicas intermedias entre los ácidos
carboxílicos más pequeños y los ácidos grasos más grandes. Es un líquido incoloro, con un
olor fuerte; Su fórmula semidesarrollada y estructural son: [1]
Ácido Propanoico
Masa molar (g/mol) 74,,07
Punto de ebullición ( °C) 141
Densidad (g/cm3) a 20°C 0,989
Presión de vapor (kPa) a 20°C 0,32
Calor especifico (J/mol K) a 20°C 152,8
Punto de fusión (°C) -20,5
Viscosidad (cp.) a 20°C 1,02
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Una de las principales aplicaciones de este compuesto radica en el área de los
conservantes de alimentos, ya que inhibe el crecimiento de hongos como el moho y de
algunas bacterias, es ampliamente utilizado en el sector de los horneados como el pan.
También tiene aplicaciones médicas como antimicótico y de igual manera como pesticida;
adicionalmente es un intermediario en la producción de otros compuestos como los
polímeros
En la industria, el ácido propionico es generalmente producido por la hidrocarboxilación
de etileno usando tetracarbonilo de níquel como catalizador.
H2C=CH2 + H2O + CO → CH3CH2CO2H
También puede llegar a ser producido por oxidación aerobia de Propanaldehido en
presencia de iones de cobalto.
CH3CH2CHO + ½ O2 → CH3CH2COOH.
En los inicios de la química industrial el ácido propionico era un sub-producto de la
producción del ácido acético, actualmente BASF es el mayor productor de ácido con
150000 toneladas anuales [4].
Es necesario tener conocimiento de algunas características de este acido al momento de
diseñar una red de distribución o almacenamiento; Es moderadamente inflamable, es
estable a condiciones ambiente y en altas dosis de concentración puede llegar a ser
dañino para la salud.
El ácido propionico es un líquido medianamente inflamable pero cuyos vapores pueden
generar mezclas explosivas e inflamables con el aire a temperaturas un poco superiores a
la ambiente.
De la misma manera para los manipuladores de esta sustancia existen ciertas normas o
requerimientos para controlar cualquier emergencia y evitar accidentes contra la
integridad de las personas o comunidad, principalmente de la salud.
Inhalación: Los efectos no son serios siempre que se use de manera razonable. Una
inhalación prolongada de concentraciones altas (mayores de 5000 ppm) produce irritación
de ojos y tracto respiratorio superior, náuseas, vómito, dolor de cabeza, adormecimiento y
otros efectos narcóticos, coma o incluso, la muerte.
Contacto con ojos: Se presenta irritación solo en concentraciones mayores a 5000 a 10000
ppm.
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Contacto con la piel: El líquido puede afectar la piel, produciendo dermatitis caracterizada
por resequedad y agrietamiento.
Ingestión: Dosis grandes provocan envenenamiento alcohólico, mientras que su ingestión
constante, alcoholismo. La ingestión constante de grandes cantidades de etanol provoca
daños en el cerebro, hígado y riñones, que conducen a la muerte. [5]
3. PLANO DE LA TUBERIA
El mapa anterior muestra el planeamiento del diseño de la tubería, partiendo del salón C-102
hacia el restaurante escuela en el edificio L. Es un recorrido total de 442 m de tubería a nivel del
suelo y 16 m de tubería con elevación para el último tramo. Consta de 9 codos, 7 de 90° y 2 de 45°,
dos válvulas de globo completamente abiertas, y dos expansiones, repartidas de la siguiente
manera:
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4. SIMULACIÓN EN TAHOE DESIGN’S SOFTWARE’S HYDROFLO 2.2
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Archivo Completo: HYDROFLO SIMULATOR REPORT
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En primera instancia lo más rescatable de la simulación por software fue la modificación
del plano de tuberías, en este caso el software arrojo que no es necesario la utilización de
3 bombas, como en modelo en Excel, si no de 1. Se puede ir cambiando la elevación de la
red, principalmente disminuyendo costos.
Esto implicaría un nuevo diseño de modelación, y planeación pero que según los datos
arrojados por el programa disminuyen las pérdidas de presión y por lo tanto esfuerzos
mayores por parte de la bomba.
5. PROCESO DE SELECCIÓN DE LA BOMBA
La bomba arrojada por el software por ser la más eficiente para el procesos fue una
bomba centrífuga WEBTROL, modelo HT Booster Series Horizontal, esta es considerada
una de las bombas con mayor eficiencia. Para llevar a cabo su selección se utilizó el
software Pump-Flo teniendo en cuenta las especificaciones previamente halladas en la
hoja de Excel, de lo que se obtuvo los siguientes datos:
Criterio de selección del tamaño de la bomba
Se selecciona de acuerdo a la carga total del sistema, los diámetros de succión y de
descarga (en este caso 2 ½ in y 1 ½ in respectivamente), el caudal que circula 24 m3/h y la
presión.
Diagramas de la bomba seleccionada
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Curva de operación de la bomba
6. COMPARACIÓN RESULTADOS
Se realizó un modelamiento en Excel, definiendo el tipo de sistema, con parámetros
definidos como el tamaño de las tuberías, los tipos de perdidas menores y el flujo
volumétrico del sistema conociendo los componentes que fluirá.
Entonces se planteó un sistema donde se requieren tres bombas 2 de ellas de las mismas
características
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POSICIÓN TIPO DE BOMBA Hsp Hs Hf Hvp NPSHa (m)
NPSHr (m) EFICIENCIA
INICIO 2X3-10 0 0 131,540053 0,0401979 131,580251 1,43 37%
INTERMEDIO 1 1/2 X3-10 0 0 169,270885 0,0401979 169,311083 1,56 40%
FINAL 2X3-10 0 16 37,5064238 0,0401979 53,5466217 1,43 37%
El sistema con este modelamiento presenta los siguientes valores
Pérdida total (hL) 338,317362
Carga sobre la bomba (hA) 352,317362
Potencia (PA) (kW) 22,787887
Aquí podemos identificar que para evitar mayores pérdidas por fricción y accesorios se
colocaron distribuida mente las tres bombas en especial la primera que se encuentra a 2
m del tanque de almacenamiento.
Respecto al método utilizado se requiere de varios cálculos para llegar a la solución y se
necesitan definir y conocer cierto parámetros para el funcionamiento y la determinación
de las variables optimas que harán que el proceso de transporté sea exitoso.
Mediante la utilización del software HYDROFLOW , este nos presenta una visión más clara
de la disposición del espacio y de la consistencia en el diseño de la tubería , sin descuidar
las variables del sistema , por lo cual es importante plantear el diseño en el software y
analizar las variables conocidas , luego de realizar el esquema de la tubería , se procede a
resolver el sistema y el software nos indica más detalladamente los datos que podemos
conocer en un punto determinado de las variables como la velocidad , la fricción, la caída
de presión en el tramo que queramos analizar , el software hace una serie de iteraciones y
nos indica la convergencia del método .
Al comparar los resultados el software hace las iteraciones de una manera más rápida que
las que toca plantear respecto al modelo de tipo clase 1 propuesto en el libro Mott
También tenemos la facilidad de diseñar el sistema de la tubería y calcular los valores
necesarios para identificar el tipo de bomba que necesitamos.
Mediante el uso de pump-base , un software con la capacidad de ayudarnos a identificar
que bomba requiere el sistema , mediante la implementación de la variables en él ,
podemos conocer el catálogo de bombas que nos serian útiles que pueden definir las
características del diseño de la bomba , el software tiene la opción de arrojarnos una curva
de funcionamiento de la bomba donde especificando el tipo de flujo y cantidad numérica
podemos definir variables como la potencia de la bomba , el (NPHSR) , el rendimiento ,
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que nos ayudan a identificar las necesidades del sistema y los rangos óptimos de
operación .
7. DESCRIPCIÓN TÉCNICA DE TUBERÍAS, TANQUES
Plano de los tanques de almacenamiento del ácido propanoico
Figura tridimensional del tanque de almacenamiento del Ácido propanoico.
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Costos de inversión y de operación del sistema
8. CONCLUSIONES
Se puede definir un modelo analítico, que requiere de una serie de iteraciones que nos
ayudan a identificar las variables necesarias para resolver sistemas de tipo 1 en los cuales
están definidas variables como parámetros de resolución.
Se identifica que mediante el uso de software es posibles reducir la estimación de
variables y además nos ayudó a identificar que el sistema puede funcionar, con una sola
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bomba lo que optimiza el problema de tener tres bombas en el sistema y el costo
energético que conllevaría.
9. REFERENCIAS
[1] N. Foundation, «Química Avanzada Nuffield» Madrid (España), Reverté S.A., 1983, pp. 73-79-
80.
[2] C. Bonazzola,P. Aramandía, L. Lacreu, S. Aldabe, «Química 2: Química en accíon,» Primera ed.,
Buenos Aires (Argentina), COLIHUE S.R.L., 2004, p. 145.
[3] F. Acuña, Química Orgánica, San Jose (Costa Rica): EUNED, 2006, p. 103.
[4] Q. Kang, L. Appels, R. Dewil, T. Tai, J. Baeyens, «"Challenges and opportunities in improving the
production of bio-ethanol", Progress in Energy and Combustion Science.,» ScienceDirect, pp.
60-88, 2015.
[5] UNAM, «HOJA DE SEGURIDAD ACIDO PROPANOICO,» Facultad de química, Universidad
Nacional Autónoma de México, 30 Mayo 2008. [En línea]. Available:
http://www.quimica.unam.mx/IMG/pdf/1122ACIDOPROPANOICO.pdf.
[6] Bergamota, A. D. E. (n.d.). Comercializacion y apoyo tecnico para el Diagnostico" www.reactivosdemar.com.mx LINEA GENERAL TRADICIONAL DE HYCEL.
[7] FORMULARIO DE SUMINISTROS DE EQUIPOS Y ACCESORIOS PARA LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE. (2011). MUNICIPIO DE SANTA LUCIA.
[8] Grupo Novem. (2012). Lista de Precios. Sistemas de Bombeo, 42. http://doi.org/10.5962/bhl.title.36720