Diseño de tuberías

El transporte de fluidos requiere de un adecuado diseño de tuberías. El costo del transporte puede llegar a convertirse en una partida presupuestaria muy importante, por tanto, la optimización de la instalación para dicho transporte puede significar una notable reducción de la inversión inicial y del posterior mantenimiento.

Dado un caudal, para un fluido determinado, las pérdidas de carga por unidad de longitud son inversamente proporcionales al diámetro de la tubería (a mayor diámetro la pérdida de carga es menor), mientras que por el contrario, el precio aumenta de forma directamente proporcional con dicho diámetro (a más diámetro más precio). Por tanto, para una mejor utilización de los recursos económicos, es necesario calcular el diámetro óptimo al que corresponde la distribución más rentable entre los costos y las pérdidas de carga, que determinarán a su vez la potencia y el precio de la bomba a utilizar.

Determinación de las pérdidas de carga

Las pérdidas de carga en una tubería dependen de los siguientes factores:

• Las propiedades del fluido.
• Las propiedades del material con el que está fabricada la tubería.
• La longitud y el desnivel en la instalación.
• Los accesorios como válvulas, codos, etc.

Las propiedades del fluido, de las que depende su comportamiento al discurrir a través de una tubería, son la densidad y la viscosidad.

Las propiedades del material de fabricación de la tubería que se han de tomar en consideración son las siguientes:

1. Resistencia mecánica y química, tanto para las condiciones ambientales en las que se encontrará la tubería, como para los posibles efectos de desgaste y corrosión que pueda producir la propia naturaleza del fluido a transportar. Unas buenas características mecánicas y químicas garantizan una vida útil más larga y menores gastos de mantenimiento, pero comportan un mayor costo en la adquisición.
2. Bajo coeficiente de rugosidad para reducir las pérdidas de carga y, así, la potencia de la bomba a emplear y con ello su coste de compra y de funcionamiento. El coeficiente de fricción depende del diámetro y del material de la tubería. Este valor relaciona la rugosidad relativa (relación entre la rugosidad absoluta del material y el diámetro de la tubería) y el número de Reynolds (régimen turbulento o laminar de la circulación del fluido por la tubería).
3. Bajo coste del material constitutivo de la tubería. La elección del mismo debe hacerse con sumo cuidado, la calidad se paga y sólo tras un concienzudo estudio de los costos y las prestaciones, se puede llegar a la conclusión de cuál es el material más adecuado.

La topografía del terreno y las distancias a recorrer por el fluido, son consideraciones que deben tenerse muy en cuenta a la hora de la concepción global del diseño de la instalación. Una buena elección del terreno y una correcta distribución de las distancias en la instalación, favorecerán un ahorro energético considerable en el transporte del fluido.

Los accesorios (válvulas, codos, bifurcaciones, etcétera…) son de necesaria implantación para la correcta distribución. Su número y diámetro dependen de la configuración de la instalación y del diámetro de la tubería.

Conclusiones sobre el diseño de tuberías

Como resumen, se puede decir que para un adecuado diseño de tuberías, los únicos puntos sobre los que se puede actuar para economizar son el diámetro y el material de fabricación de la tubería y la bomba a emplear.