DISEÑO DEL DISTRIBUIDOR INTERNO DEL FILTRO

Tabla 140 Tabla de versiones

Release

Descripción

Fecha

Elaboró

Aprobó

0.1

Se envió para revisión del cliente

26/07/22

HG

Objetivo y alcance

Objetivo

Hacer el diseño del distribuidor de entrada de agua del nuevo tipo de filtro nuevo para la PIA 3

Alcance

  • Se realizaron cálculos hidráulicos para determinar los caudales de salida de un distribuidor con perforaciones de 1/2”.

Resumen

  • Se optimizó hidraúlicamente el funcionamiento del distribuidor de entrada del nuevo filtro. Esto implica una distribución variable del numero de los agujeros a lo largo de los tubos.

  • Se propone el uso de CNC còmo método de fabricación de los agujeros en los tubos del filtro.

Geometría

La información con la geometría del filtro se ve en la siguiente figura.

Geometría

Figura 58 Geometría.

Diseño hidráulico distribuidor de entrada:

Uno de los elementos de mayor importancia en el diseño del equipo es el distribuidor de entrada. En esta sección se revisa en detalle el diseño de la ubicación de los agujeros en la tubería de este para obtener un filtrado eficiente.

Según se vió en la figura anterior, el distribuidor es un elemento fabricado en tubería de acero inoxidable perforada, que cubre de manera amplia la superficie del lecho filtrante.

Se realizó un cálculo hidraúlico con el objeto de definir la ubicación de las perforaciones de los tubos del distribuidor, cumpliendo con lo que se dijo en el párrafo anterior. Primero se modeló el flujo en el tubo del distribuidor y salidas equidistantes, de diametros definidos que representan los agujeros el tubo. Estas salidas llegan a un tubo principal que representa la presiónn común que debe ocurrir hidraulicamente (ver siguiente figura).

Tabla 141 Simulación hidàulica con áreas similares en las salidas del distribuidor

Cálculo hidráulico con agujeros uniformes

../../../_images/Fig_2_Hidraulica1.png

Se observa que con esa primera distribución de agujeros la velocidad de salida varía entre máximo 20gpn y mínimo por debajo de 10gpm entre distintos agujeros. Aplicando una mejora, consistente en cambiar la distribución de los agujeros en los tubos se obtienen caudales más uniformes. Esta nueva distribución se usa para determinar el diseño de los agujeros en los tubos del distribuidor (Ver figura siguiente).

Tabla 142 Simulación hidráulica con áreas de salida del distribuidor optimizadas

Cálculo hidráulico con agujeros optimizados

../../../_images/Fig_3_Hidraulica2.png

En la (Tabla 126) se comparan los caudales de salida de las dos simulaciones anteriores.

Tabla 143 Propiedades utilizadas para el cálculo

Numero de salida según se indica en figura anterior

Modelo inicial

Modelo optimizado

Diámetro de la salida [in]

Caudal [gpm]

Diámetro de la salida [in]

Caudal [gpm]

1

4.24

25.67

2

15.8

2

4.24

25.39

2

15.8

3

3

12.65

1.5

8.9

4

4

23.17

2

15.9

5

2.83

11.56

1.5

8.9

6

4.35

11.15

3

15

7

4.35

10.99

3.1

15.4

8

3.1

4

2.2

7.6

9

4.7

11.98

3

13.9

10

4.7

10.74

3.3

14.9

11

4.7

1.4

3.32

14

12

4.7

9.75

3.32

13.5

13

3.37

4.98

2.37

6.9

14

5.96

32.71

1.77

16.8

15

3.44

10.8

1.2

8

Promedio filtro

47 salidas*

14.81

15.1

Std.Dev filtro%

47 salidas*

7.3

1.23

(*) El cálculo de la media y la desviación estándar tiene en cuenta que los extremos tienen menor longitud que los demás sectores (Ver figuras siguientes).

Buscando evitar el taponamiento de los agujeros se determina el diámetro de 1/2in para estos. Este es, lo suficientemente pequeño para distribuir el flujo y lo suficientemente grande para que premita la salida del vidrio del relleno, que se pudiera acumular en el interior del tubo del distribuidor durante el retrolavado.

Con los diámetros equivalentes de la última columna de la tabla anterior se calcula el área seccional del agujero resultante, esta se divide entre el área de un agujero circular de 1/2in y se obtiene el número de agujeros para la sección del distribuidor correspondiente.

Tabla 144 Agujeros distribuidor central

Zonas para ubicar los agujeros distribuidor central

../../../_images/Fig_5_Distribucion_agujeros2.png
Tabla 145 Agujeros distribuidores laterales

Zonas para ubicar los agujeros distribuidor lateral

../../../_images/Fig_4_Distribucion_agujeros.png
Tabla 146 Propiedades utilizadas para el cálculo

Numero de salida según se indica en las 2 figuras anteriores

Localización de la zona a partir del centro en mm

Diámetro de la salida [in]

Área de la salida [in^2]

Cantidad de agujeros de 1/2in dia

1

187 - 297

2

3.1

16

2

297 - 407

2

3.1

16

3

407 - 462

1.5

1.8

9

4

187 - 297

2

3.1

16

5

297 - 352

1.5

1.8

9

6

176.6 - 319.9

3

7.1

36

7

319.9 - 463.2

3.1

7.4

38

8

463.2 - 534.8

2.2

3.7

19

9

198 - 384

3

7.1

10

10

384 - 570

3.3

8.53

43

11

570 - 756

3.32

8.7

44

12

756 - 942

3.32

8.7

44

13

1035

1.68

2.22

22

14

214.5 - 379.5

1.77

2.46

13

15

379.5 - 462

1.2

1.69

12

Este análisis se usa cómo dato de entrada se complementa en el capitulo dedicado al CFD (Mecánica computacional de fluidos), para generar un diseño de características optimas.

Informaciòn de entrada para los cálculos

Para realizar los cálculos anteriores se requieren cómo dato de entrada<la constante de pérdidas menores del paso del fluido a través de un agujero de 1/2 in.

Cálculo de la constante de pérdidas menores:

En la figura de la Tabla 147 se muestra resultado del cálculo del caudal correspondiente a una caida de presión de 30.56 KPa a través de un orificio de 1/2in de diàmetro.

Tabla 147 Herramienta de cálculo de TLV.

Tomado de L201

../../../_images/Fig_8_Calculador_TLV.png

De allí se calculan la velocidad del flujo a través del área del agujero y usando la definición de pérdidas menores:

\[H_{f} = \frac{K V^2}{2 g}\]

Se calcula el valor K=2.

Unidades

Tabla 148 Unidades principales en el sistema internacional

Longitud:

\(m\)

Masa:

\(kg\)

Fuerza:

\(N\)

Tiempo:

\(s\)

Presión:

\(pa\)

Densidad

\(\frac{kg}{m^3}\)

Viscosidad dinámica

\(pa s\)

Viscosidad cinemática

\(\frac{m^2}{s}\)

Coeficiente de Presión openFoam

\(\frac{m^2}{s^2}\)

Velocidad

\(\frac{m}{s}\)

Tabla 149 Unidades utilizadas en otros sistemas de unidades

Temperatura

\(F\)

Viscosidad dinámina en centiPoises

\(cP\)

Presión psi

\(psi\)

Velocidad ft/s

\(\frac{ft}{s}\)