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Pérdida de presión y fricción, una gran pérdida de dinero
Por: Amy Stone *
Aproximadamente durante el último año, nos hemos centrado tanto en productos específicos como en insumos para los sistemas. Nuestra esperanza es sacar a la luz algunos de los detalles menos conocidos sobre cómo funcionan las cosas.
Un detalle importante que a menudo se ignora es el tamaño de la tubería. En muchos casos, el usuario final elegirá utilizar una tubería del mismo tamaño que la entrada o la salida de la bomba o el soplador que están instalando. El proceso de pensamiento es a menudo en la línea de “bueno, si necesitara una tubería más grande, ¿el fabricante no haría la entrada o salida más grande?” La respuesta generalmente es no.
El fabricante elige el tamaño de entrada y salida basándose en su aplicación más común para el equipo. Basta con decir que la acuicultura no es lo primero en la lista de aplicaciones comunes para la mayoría de los fabricantes. Hay excepciones, como por ejemplo, donde el equipo está hecho específicamente para nuestra industria. ¿Por qué importa el tamaño de la tubería? Si la tubería es de tamaño insuficiente, aumenta la presión para empujar el aire o el agua a través de ésta. Mientras más alta sea la presión, mayor energía se requiere, generar más energía requiere de un trabajo mayor, lo que a su vez requiere un mayor consumo de energía. Si la tubería está sobredimensionada, puede haber un costo innecesario del material así como también una acumulación de desechos. Al diseñar un sistema de acuicultura, hay varios puntos en el camino donde se deben tomar decisiones para evitar causar gastos a largo plazo.
Lo desglosaremos en aire y agua para que sea más fácil. Rompemos aún más el componente de agua por entrada y salida, presión y gravedad, todos ellos tienen factores que necesitan ser entendidos.
Aire Las dos piezas de equipos de suministro de aire más comunes son compresores y sopladores regenerativos. Los compresores suministran bajos volúmenes de aire a altas presiones, mientras que los sopladores regenerativos suministran altos volúmenes de aire a bajas presiones. Todo el equipo de aire debe tener al menos un filtro de
¿Por qué importa el tamaño de la tubería? Si la tubería es de tamaño insuficiente, aumenta la presión para empujar el aire o el agua a través de ésta. Mientras más alta sea la presión, mayor energía se requiere, generar más energía requiere de un trabajo mayor, lo que a su vez requiere un mayor consumo de energía.
partículas en el lado de entrada para evitar la contaminación de su sistema. Si la toma se ubicará de forma remota, como a veces se hace para el cultivo de algas y otras aplicaciones sensibles a la temperatura, los cálculos de vacío deberán usarse para evitar que el equipo se quede sin fuente de alimentación.
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Compresores En los sistemas de compresores, es importante evitar el sobredimensionamiento de las líneas de distribución, ya que esto puede sobrecargar el compresor, lo que puede provocar una falla prematura.
Las líneas de compresores, si es posible, no deben estar hechas de tubería de PVC, ya que puede explotar bajo demasiada presión y muchos compresores pueden exceder los rangos de PVC. Es mejor utilizar tubos de cobre, galvanizados o incluso tubos de vinilo de paredes gruesas. Si no existe otra opción, más Otra cosa a tener en cuenta es que las tuberías de suministro de En el lado de salida de la bomba, un sistema de tuberías de suscripciones@panoramaacuicola.com que utilizar PVC, se debe tener la tamaño insuficiente pueden sobre- tamaño insuficiente puede llevar a certeza de que la presión máxima del compresor no excede la capacidad calentarse. El PVC comenzará a romperse, causando que las tubepresiones y velocidades excesivas. Recuerde, eso se suma al presu-www.panoramaacuicola.com nominal del tubo. rías y accesorios se deformen y se puesto operativo sin ningún reemseparen. También puede producirse bolso. Las velocidades de más de Sopladores Regenerativos una falla en el balero del motor del 8 pies por segundo durante largos Estos son los sistemas de distribución soplador. períodos de tiempo pueden causar de aire más comunes en la acuicul- desgaste en los componentes intertura. Los sopladores a menudo se Agua nos del equipo, piezas de plomeconstruyen con una salida de tamaño Al dimensionar los sistemas de ría y válvulas. Todo esto pone un inferior, ya que en la mayoría de las tuberías de agua, es necesario tener estrés indebido en el sistema que es aplicaciones industriales, el soplador en cuenta la velocidad del agua, difícil de ver hasta que se produce se conecta directamente al equipo tanto en el lado de entrada de la un fallo catastrófico. donde se requiere. A menos que el bomba como en la salida. Un tubo El único gran peligro real al recorrido total de la tubería sea real- tubo en la entrada de gran tamaño sobredimensionar el lado de premente corto, la tubería tendrá que ser puede causar que la bomba cavite sión de la plomería es desperdiciar redimensionada. Una de mis demos- durante el cebado y hace que sea la inversión de capital en los sumitraciones favoritas, y de fácil com- más fácil perder el cebado. Un nistros necesarios para completar prensión, que Bob Heideman usó en tubo en la entrada de tamaño insu- el proyecto. Esta ocurrencia es su época fue comparar el soplado a ficiente puede impedir la correcta muy rara, ya que la mayoría de través de un agitador de café y una alimentación de la bomba y hacer las empresas están trabajando con pajita para bebidas. Es mucho más que la bomba genere vacío y cavi- presupuestos ajustados e intentan fácil soplar a través de la pajita de la te, lo que puede provocar un fallo utilizar el menor diámetro de tubebebida porque hay menos fricción. prematuro. ría posible.
Cálculos Hemos cubierto algunos de los peligros de un tamaño incorrecto de la tubería, ahora es el momento de revisar los cálculos de pérdida por fricción de la tubería. Hay dos ecuaciones comunes que se utilizan para calcular la pérdida por fricción, son la de Darcy-Weisbach Pressure and Major Head Loss Equation, y la Hazen-Williams Equation. Ambas requieren coeficientes y algunos cálculos relativamente complejos. Otra opción es utilizar tablas y gráficos para estimar la pérdida por fricción. Por supuesto, la opción más precisa es contratar a un ingeniero para hacer los cálculos, lo que no siempre es posible.
Para calcular la pérdida por fricción para el agua o el aire, es necesario esbozar un esquema general. Esto ayudará a determinar el posible diseño de la tubería y permitirá correr el número total de accesorios y tramos de tubería lineal. Esto puede ser tan simple como un boceto en una servilleta o tan detallado como los dibujos de ingeniería de nivel de construcción. Es importante tener en cuenta que cuando se construyen grandes sistemas, siempre vale la pena pagar a un ingeniero experto en “nuestra aplicación” con experiencia. No se recomienda el uso de tubos de 1000 gpm.
Una vez que se compila la lista del número total de accesorios y el total de tramos lineales de tubería, comienzan los cálculos. Para empezar, el número total de accesorios debe convertirse en tubería lineal. Existen varias versiones de tablas en la web que muestran las longitudes equivalentes para algunos de los accesorios típicos de hasta 4” de PVC para todos los tipos de tuberías y accesorios, la mayoría de los fabricantes también las tienen disponibles.
Ahora que tenemos la longitud total equivalente de tubería y los pies lineales totales de tubería recta, podemos utilizar la suma de esos dos para determinar la pérdida por fricción en tuberías de diferentes tamaños utilizando tablas de flujo de agua - perdida de presión.
Como puede ver, estos cálculos son un poco engorrosos, pero vale la pena dedicarles tiempo. Ahorrar en electricidad, gastos de operación, gastos de capital y mantener su bomba y equipo a salvo siempre la valdrá.
Drenajes por gravedad Una última cosa a mencionar es el tamaño de la tubería para drenajes por gravedad, básicamente la tubería entre el tanque y cualquier cuenca de recolección o sumideros. En esta aplicación, el tamaño de la tubería se debe determinar utilizando dos factores. Uno es minimizar la pérdida por fricción y exceder la velocidad de asentamiento de la corriente de desechos. Esto es diferente para cada especie y debe tomarse en cuenta o habrá una acumulación de desechos en la tubería de drenaje que puede causar todo tipo de problemas. Lo último que queremos es que los desechos se descompongan en el sistema y se agrande el potencial para la producción de patógenos.
Las presiones excesivas son un sumidero de energía que solo reduce la rentabilidad del sistema.
Al final del día, el equilibrio entre las soluciones económicas y la eficiencia es la clave de los problemas de la mayoría de las instalaciones. Las bombas de plástico de alta presión son baratas y comunes, pero tienden a ser puestas en la aplicación para ahorrar costos de capital. Mientras tanto, los costos operativos seguirán robando el sistema de ganancias. Encontrar el equilibrio es clave.
Amy Riedel Stone, presidenta y propietaria de Aquatic Equipment and Design, Inc. Anteriormente colaboró como gerente en Pentair Aquatic Eco-Systems, y cuenta con estudios en Agricultura en Purdue University. Contacto: amy@aquaticed.com
