Diámetro de Tuberías vs Pérdida de Carga
En una planta industrial, dependiendo del proceso y de la cantidad de sistemas, la inversión en tuberías oscila entre el 25 y el 40% de la inversión total. Por ello, el dimensionamiento eficiente es vital para que nuestra planta sea viable. Por ejemplo, cuando existen líneas muy largas fabricadas con materiales costosos (Cr-Mo, Acero Inoxidable) la selección de diámetros deberá someterse a un estudio de costes completo e iterativo.
El flujo de los fluidos en tuberías está siempre acompañado de rozamiento de las partículas del fluido entre sí y del fluido contra las paredes de la tubería, consecuentemente, existe una pérdida de presión en el sentido del flujo. La energía perdida, llamada «pérdida de carga» se traduce en una gradual disminución de la presión del fluido que va cayendo de un punto a otro en el sentido de escurrimiento (pressure drop).
La selección del diámetro de tuberías se resuelve en función del caudal necesario del fluido, de las diferencias de cota existentes, de las presiones disponibles, de las velocidades y pérdidas de carga admisibles, de la naturaleza del fluido y del material y tipo del tubo. A excepción de las diferencias de cota a la entrada y salida del sistema, todas las otras variables están relacionadas: el diámetro depende del caudal, el caudal depende de la velocidad y la velocidad depende del diámetro y la pérdida de carga depende del cuadrado de la velocidad.
Para poder resolver éste problema es necesario fijar alguna de las variables e iterar. En otras palabras, resulta necesario adoptar valores aceptables de las variables que representen un compromiso entre el diámetro de la tubería y la pérdida de carga de la misma.
El valor que normalmente se adopta es el de la velocidad, ya que el diámetro y la pérdida de carga dependen de ella. En base a la experiencia y mejores prácticas de ingeniería, existen tablas y gráficos de referencia donde para un servicio en concreto se indican velocidades recomendadas.
De aquí se desprende que no existe una solución única al problema de dimensionamiento de tuberías, existen distintas soluciones que tienen distintas implicaciones. Veamos lo siguiente:
Si lo que interesa es minimizar la pérdida de carga del sistema, esto implica disminuir la velocidad, es decir, aumentar el diámetro de la tubería.
Si se pretende reducir el diámetro de la tubería estaremos obligados a incrementar la velocidad con el correspondiente incremento de pérdida de carga.
Resumiendo, disminuir el diámetro de la tubería significa menos coste de la instalación y más pérdida de energía, más potencia instalada y mayores gastos operativos. Mientras que aumentar el diámetro de la tubería implica un mayor coste de la instalación y un menor coste operativo debido a una potencia instalada menor.
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