Trabajo Ope Teminado Egreis (1)

DISEO DE UN SISTEMA DE TRANSPORTE PARA EL PURE DE DURAZNO UBICADO EN LA UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA SEDE MEDELLIN.

MARIA ADELAIDA CORREA GMEZIRLI ANDREA MUOZ OCAMPO VIVIANA MARCELA LVAREZ MARTINEZEGREIS ELENA ORTEGA QUIONES

UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIAFACULTAD DE QUIMICA FARMACEUTICAINGENIERIA DE ALIMENTOSMEDELLIN2014

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Se desea transportar 200 gal/min de pur de durazno a 26.6 C desde el laboratorio de vegetales ubicado en la Universidad de Antioquia, especficamente en el bloque 2 aula 142; el cual estar alimentado por la produccin diaria de pur de durazno, se llevara hasta el pasillo del bloque 1(a la vuelta de la oficina de Ciencias Exactas), con el fin de hacerle anlisis al producto. PRODUCTO A TRANSPORTAR:Pur de duraznoCaudal volumtrico = 200 L/minTiempo de llenado del tanque 5 min PROPIEDADES FSICAS Densidad= 1080 Kg/m3Concentracin = 20 Brix Slidos Solubles = 20 %Peso especfico = 10594,8 N/m3Temperatura= 26,6C ESPECIFICACIONES REOLGICAS DEL FLUIDO (ANEXO 1):Velocidad de corte = 80 1000 1/sCoeficiente de consistencia, (k) = 13,4 Pa.snndice comportamiento de flujo, (n): 0.4Esfuerzo de cedencia, To= 0,0 Relacin entre el umbral de fluencia y el valor del esfuerzo cortante que el fluido ejerce sobre la pared (m) = 0,2

Modelo Comportamiento del Fluido: LEY DE POTENCIA, Pseudoplsticos

Calculo de los volmenes de los Tanques (succin y descarga)Material construccin tanque = Acero InoxidableAltura de los tanques, h = 3,0 mDimetro, D = 1.27 m

Calculo de Caudal (Q) para un tiempo de llenado de 5 min.

Accesorios y tuberaSe utilizaron 2 vlvulas de compuerta en la tubera de succin y 2 en la tubera de compuerta ya que la resistencia que sta ofrece al flujo es muy poca, adems es de cierre hermtico tal y como se necesita para el transporte de alimentos y sirve tambin para hacerle mantenimiento a la bomba y al sistema.Tomamos 7 codos estndares de 90 ya que con estos se generan menos perdidas en el transporte del fluido y los permite cambiarle la direccin a la tubera a la medida deseada.

Para la resistencia de la tubera se usaron 7 uniones, las cuales deben ser ubicadas mnimo cada 7m de distancia para evitar perder la linealidad de la tubera.Para el transporte de alimentos el material de preferencia es el acero inoxidable por lo que toda la tubera, accesorios y los tanques de almacenamiento son de este material.

Determinacin de las tuberas de succin y descargaCon el caudal obtenido, nos remitimos a figura 6,2 pg. 163 del libro de Mott, Edic 6 donde hallaremos el tamao Nominal de la tubera de Succin y Descarga, respectivamente (Anexo 2).Para la Tubera de Succin Acero Inoxidable, Dimetro nominal, DN= 3. Cedula 40. Dimetro interno: 77,93 mm = 0,0779 m rea de Flujo : 4,7 x 10-3 m2 Longitud: 29,5 m

Para la Tubera de Descarga Acero Inoxidable, Dimetro nominal, DN= 2 Cedula 40 Dimetro interno: 52,5 mm = 0.0525 m rea de Flujo: 2,168 x 10-3 m2 Longitud: 149,67 m

Los tamaos estndar de los conductos de acero estn diseados de acuerdo con el tamao nominal y el nmero de cedula. Este ltimo est relacionado con la presin de operacin permisible y con la tensin permitida del acero en el conducto.

Los dimetros utilizados fueron obtenidos de acuerdo al apndice f (Dimensiones de Acero. Cedula 40) del libro de Mott (Anexo 3)

CALCULO DE VELOCIDAD DE FLUIDO, V

Aplicando la definicin de caudal y la ecuacin de continuidad en fluido incompresibles V1A1=V2A2

V= Caudal/rea= Q/A

Para calcular la cantidad de energa perdida debido a la friccin, es necesario caracterizar la naturaleza del fluido.

CALCULO DE NUMERO REYNOLDS GENERAL

El tipo de flujo puede predecirse mediante el Nmero de Reynolds. Como el pur de durazno obedece a LA LEY DE POTENCIA ya que el ndice de comportamiento del fluido, n es menor que 1, luego:

Dnde: n =0.4 (ndice del comportamiento del Fluido) =1080 Kg/m3k =13.4 Pa. Sn (ndice de consistencia)D =Dimetro Interno

Calculo Numero Reynolds Succin,

Reynolds Descarga,

Clculo de Numero Reynolds Crtico, Fluido Ley Potencia

Criterio para determinar rgimen de fluido

Calculo Factor de correccin, Ley de Potencia

Ya que corresponde a un mismo fluido.

ECUACIN DE LA ENERGA ENTRE LOS PUNTOS P1 Y P2

Qu datos se cancelan? P1 y P2 = 0, ya que el fluido est expuesto a la presin atmosfrica, presin manomtrica = 0V1 y V2 = 0 velocidad de vaciado y velocidad de llenado despreciables.hR = 0 se calcula la energa que se agrega al sistema

CLCULO DE PRDIDAS DE ENERGA, hl

Calculo del coeficiente de friccinf=f succion:0,0370f descarga:0,0126

Perdidas tubera de descarga hl descarga = f (L/D) (V2/2g)

hl tubera descarga: 62,0358m

Perdidas por las vlvulas:hl v descarga = f (Le/D) (V2/2g)

hl v descarga= 0,3482 m

Prdida a la Salidahl salida = k (V2/2g)

hl salida = 1,7270 mPrdidas por los Codos de 90:hl c descarga = f (Le/D) (V2/2g)

hl c descarga =0,651* 5 = 3,2641m

Perdidas por uniones hl uniones= f (Le/D) (V2/2g)

hl u descarga = 0.7188* 6 = 4,3238m

Perdida tubera de succin

hl = f (L/D) (V2/2g)

hl tubera succin: 5,1488 m

Prdida a la entrada bien redondeadahl entrada = k (V2/2g) k=0,04

hl entrada = 0.01469m

Prdidas por las vlvulas:hl vlvula= f (Le/D) (V2/2g)

hlv succin = 0, 2175m

Prdidas por los Codos de 90: hl codos= f (Le/D) (V2/2g)

hlc succin = 0, 8158m

Prdidas por las uniones:hl uniones = f (Le/D) (V2/2g)

hlu succin = 0,3059m

Terminado los clculos de las prdidas de energa individuales, hallamos la prdida de energa total:

hl total = hl succin + hl descarga hl total =78,2016 m

Una vez hallado las prdidas totales del sistema, aplicamos la ECUACION DE LA ENERGIA y hallamos la cabeza de la bomba (hA), tenemos:

Utilizando el tanque 1 ubicado en el primer piso, como punto de referencia, tenemos que:

Queda:

SELECCIN DE LA BOMBA APROPIADA

Ahora, para la bsqueda de la bomba ms apropiada usamos los datos de: Q= 200 gal/min y hA = 80,7016 m (anexo 4 y 5)

Referencia o familia: 21/2*3-8Eficiencia= 65%NPSHR= 7pies Potencia= 20 HpImpulsor: 715/16 piesDeterminacin del punto de operacin

Caudal: 25 gal/min=0.0016m3/sV=Q/A Des: 0,6918 m/sV=Q/A Suc: 0,3191 m/s

Re Des: 42, 1343mRe Suc: 14,2988m

hlf Des: 26,3039 mhlf Suc: 2,1609 m

hlf codos Des: 1,3849 mhlf codos suc: 0,3423 m

hlf uniones Des: 1,8352 mhlf uniones Suc: 0,1283 m

hlf valvu Des: 0,1476 mhlf valvu Suc: 0,0913 m

hlf Entrada: 0,0020 mhlf Salida: 0,0243 m

hA=hlT+Z=34,9207 m

caudal: 50 gal/min = 0.0031 m3/sV=Q/A Des: 1,4760 m/sV=Q/A Suc: 0,6809 m/s

Re Des: 141,7277Re Suc: 48,128





hlf Entrada: 0.0095 mhlf Salida: 0.1104 m

hA=hlT+Z= 46,1278 m

Caudal: 75 gal/min = 4,732*10-3

V=Q/A Des: 2,1827 m/sV=Q/A Suc: 1,01m/s

Re Des: 265,0374Re Suc: 90,44






hA=hlT+Z= 53,2933 m

Caudal: 100 gal/min = 0.0063 m3/s

V=Q/A Des: 2,9059 m/sV=Q/A Suc: 1,3404 m/s

Re Des: 418,7754Re Suc: 142,2005






hA=hlT+Z=60,7374 m

Caudal: 125 gal/min = 7,886*10-3 m3/s


Re Des: 589,3494Re Suc: 200,0954

hlf Des: 50,9671 mhlf Suc: 4,2451 mhlf codos Des: 2,6816 mhlf codos suc: 0,6725 m

hlf uniones Des: 3,5560 mhlf uniones Suc: 0,2521 mm



hA=hlT+Z= 66,0555 m

Caudal: 150 gal/min = 0, 0094 m3/s

V=Q/A Des: 4, 3357 m/sV=Q/A Suc: 2 m/s

Re Des: 794,3755Re Suc: 269,7302 m




hlf valvu Des: 0,3081mhlf valvu Suc: 0,1933 m


hA=hlT+Z= 71,2349 m

Caudal: 175 gal/min = 0, 0110 m3/s


Re Des: 1021,56Re Suc: 346,8570




hlf valvu Des: 0,3275 mhlf valvu Suc: 0.2058 m


hA=hlT+Z=71,5005 m

Caudal: 225 gal/min=0.0142m3/s


Re Des: 1519,9329Re Suc: 367,3062


hlf codos Des: 3,3953mhlf codos suc: 0,7824 m


hlf valvula Des: 0,3621 mhlf valvula Suc: 0,2086 m


hA=hlT+Z= 83,9637 m

Caudal: 250 gal/min=0.0157m3/s

V=Q/A Des: 7,2416 m/sV=Q/A Suc: 3,3404

Re Des: 1805,2167Re Suc: 612,9513

hlf Des: 67,0536hlf Suc: 5,6209

hlf codos Des: 3,5280hlf codos suc: 0,8905

hlf uniones Des: 4,6807hlf uniones Suc: 0,3339

hlf valvu Des: 0.3763hlf valvu Suc: 0.2374

hlf Entrada: 0,2274hlf Salida: 2,6728

hA=hlT+Z= 88,1215

Una vez halladas las prdidas totales del sistema y las cabezas de la bomba en los caudales escogidos, determinamos el punto de operacin (anexo 6)Presin a la entrada de la bomba

Despejando queda as:

Calculo presin de vapor del fluido

Pur de durazno: 20 Brix

0.013051

Presin de vapor del agua

Se hall interpolando:

TemperaturaPresin de vapor kPa

202,338

26.6X

304,243

Carga de presin de vapor del lquido

Carga de presin esttica (absoluta) sobre el fluido en el almacenamientoPresin atmosfrica Medelln: 640mmHg

133.3 Pa = 1mmHg x= 640mmHg

Caudal del punto de operacin: 225 gal/min=0.0142m3/s

V=Q/A Suc: 3,4255 m/sRe Suc: 367,3062

hlf Suc: 4,9454 m

hlf codos suc: 0,7824 m

hlf uniones Suc: 0,2933 m

hlf vlvula Suc: 0,2086 mhlf Entrada: 0,1199 m

hf succin = 6,3496hs = 2.5

Carga de succin positiva neta disponible a la entrada de la bomba

, por lo tanto no cavita, la bomba que utilizamos es la adecuadaPresin a la salida de la bombaFinalmente realizamos los clculos para obtener la presin a la salida de la bomba, esto con el fin de verificar si la tubera resiste. Utilizamos la ecuacin de la energa entre la superficie del lquido del tanque en el laboratorio de vegetales y la salida de la bomba, as:

Despejando queda as:

Este valor garantiza que no habr fractura en la tubera debido a la presin con que sale el aceite de la bomba ya que el lmite para una tubera de calibre 40 es de 200 psi.

MONTAJE DEL SISTEMA

a. Especificaciones del sistema.Inicialmente despus de determinar el tipo del fluido a utilizar y sus respectivas propiedades. Se determin el sitio de bombeo y las alturas del sistema, teniendo en cuenta el Transporte del fluido se hace desde un primer a un segundo piso, con una altura caracterstica que se reportar en plano del diseo. Se Ubicaron los tanques de almacenamiento de producto y el tanque recepcin del producto de tal manera que nos permita realizar las respectivas operaciones y anlisis respectivos higinicamente y pensando siempre en la manera de hacerlo eficientemente sin afectar la calidad de nuestro producto. Los tanques se encuentran distribuidos en dos reas: el primero se encuentra en el rea de almacenamiento de producto y el segundo tanque est en el rea de anlisis. Por tanto se utiliz una bomba centrifuga y se dise una tubera que me permita conectar los dos contenedores con sus respectivos accesorios. BOMBA CENTRFUGA:

Para el diseo de nuestro sistema de trasporte se determin escoger una bomba centrfuga porque presenta grandes ventajas como son: su sencillez, su bajo costo inicial, su gasto uniforme (sin pulsaciones), el pequeo espacio que ocupa, su gasto de conservacin bajo, su funcionamiento silencioso y la adaptabilidad para su acoplamiento a un motor elctrico o una turbina. Adems estas constituyen no menos del 80% de la produccin mundial de bombas, porque es la ms adecuada para manejar ms cantidad de fluidos que la bomba de desplazamiento positivo, resulte fcil desmontarlas, que sean accesibles.

b. Especificaciones de los accesorios y tuberas.TUBERA DE ACERO INOXIDABLE DE GRADO ALIMENTICIO

La razn porque se acogi este material para nuestro sistema de transporte (tuberas y accesorios) es porque esta aleacin de hierro con un mnimo de 10% de cromo presenta propiedades higinicas importante por la naturaleza de nuestro fluido, buen peso, es resistente a la corrosin, (el cromo, u otros metales que contiene, posee gran afinidad por el oxgeno y reacciona con l formando una capa pasivadora, evitando as la corrosin del hierro), adems presenta una gran resistencia mecnica, son resistentes a temperaturas elevadas y a temperaturas criognicas, totalmente reciclables y amigables con el medio ambiente.

Sin embargo, se debe tener en cuenta que puede ser afectada por algunos cidos, dando lugar a que el hierro sea atacado y oxidado por mecanismos intergranulares o picaduras generalizadas, lo que puede afectar la clida de nuestro producto. Aunque el costo de este material es un muy elevado fue diseado para ek contacto con diferentes alimentos.

Esta tubera se escogi debido a la naturaleza de nuestro fluido y por los costos que genera el transporte de este. El acero inoxidable es uno de las ms recomendadas para este tipo de fluidos. Se procur que la lnea de succin sea lo ms corta posible y que su diseo permita siempre que la presin en succin sea mayor que la de descarga.

VLVULAS:Este accesorio se utiliz para regular y controlar el fluido en nuestro sistema de tuberas. Este proceso me permite regular desde cero (vlvula totalmente cerrada), hasta de flujo (vlvula totalmente abierta), y pasa por todas las posiciones intermedias, entre estos dos extremos.Se utilizaron tres tipos de vlvulas para permitir para el mantenimiento de la bomba y para evitar el vaciado del tanque de almacenamiento inicial. VLVULA DE COMPUERTA ABIERTA TOTALMENTE:Esta vlvula permite el paso de nuestro fluido mediante la elevacin vertical de una compuerta, esta se apartndose de la trayectoria del fluido cuando est completamente abierta. Gracias a estas condiciones en esta vlvula hay muy poca obstruccin del camino del flujo que ocasione turbulencia en la corriente, posicionndose as como uno de los mejores para limitar la prdida de energa.

CODOS:Para cumplir con las especificaciones de la instalacin de nuestro sistema de transporte para la mayonesa necesitamos Estos accesorios que son de forma curva que nos permiten cambiar la direccin del flujo de las lneas tantos grados como lo especifiquen los planos o dibujos de tuberas. Los codos estndar son aquellos que vienen listos para la pre-fabricacin de piezas de tuberas y que son fundidos en una sola pieza con caractersticas especficas. Para nuestro diseo utilizaremos: 7 codos de 90: para direccionar la tubera. 7 uniones: las cuales le dan estabilidad a la tubera.

ENTRADA REDONDEADA:

Con el fin de disminuir las prdidas de la energa para el paso del fluido entre el tanque de almacenamiento inicial y la tubera de succin de la bomba se utiliz una entrada redondeada o con los bordes redondeados.

Anexos

Anexo 1. Valores de coeficiente de resistencia, ndice de comportamiento de flujo y esfuerzo de cedencia. (Shri K Sharm. Ingeniera de alimentos. Operaciones unitarias y prcticas de laboratorio pg 54)

Anexo 2. Ayuda para seleccionar tamao de tuberas de succin y descarga (Mott mecnica de fluidos sexta edicin pag 163).

Anexo 3. Dimensiones de tuberas de acero. Cedula 40.

Anexo 4. Grafica compuesta de rendimiento para una lnea de bombas centrifugas

Anexo 5. Grfica del rendimiento de una bomba compuesta de 21/2*3-8 a 3500rpm

BIBLIOGRAFIA Mecnica de los Fluidos (8 Edicin). Victor L. Streeter y E. Benjamin Wylie. McGraw Hill 1986.

Mott Robert L.Mecnica de Fluidos Aplicada(6 Edici). Prentice-Hall Hispanoamericana, S.A. Mxico, 1996.

Shames Irving H., Mecnica de Fluidos, McGraw-Hill, 3 Edicin, Colombia, 1995. Shri K Sharm. Ingeniera de alimentos. Operaciones unitarias y prcticas de laboratorio pg. 54.

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Trabajo Ope Teminado Egreis (1)