UNIVERSIDAD DE LA SABANA, FACULTAD DE INGENIERÍA, INGENIERÍA DE FENÓMENOS DEL TRANSPORTE

1

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

UNIVERSIDAD DE LA SABANA, FACULTAD DE INGENIERÍA, INGENIERÍA DE FENÓMENOS DEL TRANSPORTE

2

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.

UNIVERSIDAD DE LA SABANA, FACULTAD DE INGENIERÍA, INGENIERÍA DE FENÓMENOS DEL TRANSPORTE

3

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:

UNIVERSIDAD DE LA SABANA, FACULTAD DE INGENIERÍA, INGENIERÍA DE FENÓMENOS DEL TRANSPORTE

4

UNIVERSIDAD DE LA SABANA, FACULTAD DE INGENIERÍA, INGENIERÍA DE FENÓMENOS DEL TRANSPORTE

5

4. SIMULACIÓN EN TAHOE DESIGN’S SOFTWARE’S HYDROFLO 2.2

UNIVERSIDAD DE LA SABANA, FACULTAD DE INGENIERÍA, INGENIERÍA DE FENÓMENOS DEL TRANSPORTE

6

Archivo Completo: HYDROFLO SIMULATOR REPORT

UNIVERSIDAD DE LA SABANA, FACULTAD DE INGENIERÍA, INGENIERÍA DE FENÓMENOS DEL TRANSPORTE

7

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

UNIVERSIDAD DE LA SABANA, FACULTAD DE INGENIERÍA, INGENIERÍA DE FENÓMENOS DEL TRANSPORTE

8

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

UNIVERSIDAD DE LA SABANA, FACULTAD DE INGENIERÍA, INGENIERÍA DE FENÓMENOS DEL TRANSPORTE

9

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 ,

UNIVERSIDAD DE LA SABANA, FACULTAD DE INGENIERÍA, INGENIERÍA DE FENÓMENOS DEL TRANSPORTE

10

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.

UNIVERSIDAD DE LA SABANA, FACULTAD DE INGENIERÍA, INGENIERÍA DE FENÓMENOS DEL TRANSPORTE

11

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

UNIVERSIDAD DE LA SABANA, FACULTAD DE INGENIERÍA, INGENIERÍA DE FENÓMENOS DEL TRANSPORTE

12

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