Efectos de La Caída de Presión de Los Fluidos Compresibles en Tuberías

Efectos de la caída de presión de los fluidos compresibles en tuberías La caída de presión de un gas o vapor a través de una tubería de sección transversal uniforme se produce como consecuencia de la diferencia de presiones que hay en el interior de la tubería desplazándose y expandiéndose desde una zona de mayor presión hacia una de menor presión. El gas o vapor se expande a medida que avanza por la tubería disminuyendo su densidad (y aumentando su volumen específico) desde la entrada a la salida del conducto. A medida que el gas se expande aumenta su velocidad porque se ve acelerado por el efecto de la fuerza resultante de la diferencia de presiones, este aumento trae consigo un incremento de la temperatura y de la energía de disipación del gas (energía cinética) originando pérdidas de energía debida a la fricción entre las moléculas del gas y las paredes internas de la tubería y finalmente formando un gradiente de presión a lo largo de toda la trayectoria (Darby, 2001), (Rodríguez, 2008). La determinación exacta de la caída de presión de un fluido en una tubería requiere de un conocimiento de la relación entre la presión y su densidad o volumen específico. Los casos normalmente considerados son el flujo adiabático y el flujo isotérmico, ambos representan mediante condiciones límites o idealizaciones. En la realidad probablemente las condiciones de flujo están en una situación intermedia entre ambos modelos ideales con variaciones de temperatura moderadas y algo de transporte de calor a través de las paredes de la tubería (Crane Co., 1982). La hipótesis del flujo adiabático con fricción es apropiada para flujos a altas velocidades en tuberías cortas y bien aisladas, donde se evita la transferencia de calor desde o hacia fuera de la tubería, excepto una pequeña cantidad de calor que se añade al flujo producto de la fricción. Para el flujo isotérmico la presión, el volumen y la densidad cambian pero la temperatura permanece constante. Esta hipótesis es más apropiada para tuberías largas, como los gaseoductos de gas natural, distribución de aire comprimido, líneas de vapor, entre otros. Este comportamiento es considerado en parte por conveniencia o más bien porque se acerca más a la realidad de lo que sucede en las tuberías. También se ha demostrado que el flujo de gas en tuberías cortas y bien aisladas presenta esta misma condición a presiones muy altas. Además, considerar los efectos de transferencia de calor implicaría situaciones complejas de cálculo, por lo que se opta durante los diseños de tuberías métodos de cálculos más convencionales (Crane Co., 1982), (Rodríguez, 2008). La pérdida de presión para tuberías de diámetro constante ha sido determinada experimentalmente por varios investigadores. Los resultados de esta investigación ha implicado la utilización de tuberías de diversos materiales que constituyen la base de las ecuaciones que actualmente se emplean. Esa es la ecuación empleada para cálculos de caídas de presión

d : ms: l : v : ∆p : μ : V :

Diámetro Interno Tubería (m) Rango de Flujo del Vapor (kg/h) Longitud de la Tubería (m) Velocidad del Vapor (m/s) Caída de Presión (Pa) Coeficiente de Fricción Volumen Específico (m³/kg)