Introducción
El material de las tuberías tiene impacto significativo en la energía de bombeo y pérdidas de carga, influyendo directamente en el OPEX y la sostenibilidad. En la minería, en el tratamiento de agua, plantas desaladoras y transporte de fluidos corrosivos (agua salada), la eficiencia en el transporte de fluidos y durabilidad de elementos es relevante.
En este artículo, exploramos cómo diferentes materiales de tuberías afectan estos factores y cómo una elección adecuada puede optimizar las operaciones.
Importancia del Material de las Tuberías
Para este efecto, las propiedades más relevantes son rugosidad, resistencia a la corrosión y durabilidad, por su impacto sobre la eficiencia del bombeo y la vida útil del proyecto.
Por ejemplo, según lo indicado por José Ignacio Escobar (CEO Colbún S.A.), la Central de Bombeo Paposo, en Antofagasta operará como central hidroeléctrica reversible, con agua desalinizada, bombeando agua de día y generando electricidad de noche.
En este caso, la elección correcta de materiales puede derivar en menos energía de bombeo y más energía limpia disponible para la central, creando un caso de negocio muy interesante.
Pero ¿Qué es PUGA?
Es poliuretano; una mezcla de componentes que se obtienen a partir de petróleo, aceites vegetales, y azúcares. El proceso de polimerización permite obtener dos tipos de PU: termoestables y termoplásticos.
El PU termoestable agrupa espumas y aislantes térmicos, mientras que entre el PU termoplástico considera elastómeros, adhesivos y selladores, pinturas, juntas, mobiliario, partes y piezas de automóviles y otros elementos cotidianos.
Qué tiene que ver con las Pérdidas de Carga en una Central de Bombeo?
Las pérdidas de carga (pérdida de presión a medida que un fluido se mueve a través de una tubería) son causadas por la fricción del fluido con la superficie interna de la tubería y por turbulencias en el flujo. Se clasifican principalmente en:
- Pérdidas de carga por fricción: Dependen de la rugosidad del material de la tubería, del diámetro interno y del régimen de flujo (laminar o turbulento).
Pérdidas de carga por accesorios: generadas por codos, válvulas, uniones y otros componentes que introducen resistencias adicionales.
Impacto de la Rugosidad de la Superficie
La rugosidad de la superficie interna de las tuberías tiene altísimo impacto por las pérdidas de carga por fricción. Una mayor rugosidad incrementa el factor de fricción, con impacto directamente proporcional sobre la caída de presión y pérdida de carga, significando más energía necesaria para el bombeo / menos energía para la central de generación.
Ilustración 1 – Diagrama de Moody. Mecánica de fluidos. Fundamentos y aplicaciones. (Cengel & Cimbala, 2006)
Optimización de la Energía de Bombeo
Para minimizar la energía de bombeo y las pérdidas de carga, se debe considerar:
- Selección del material adecuado: Elegir un material con una superficie interna lisa y resistente a la corrosión.
- Mantenimiento regular: Asegurar que las tuberías estén libres de obstrucciones y corrosión o encontrar material que no requiera mantenimiento.
CASO: Se calculó que reemplazando tuberías de acero comercial por tuberías PUGA, se genera ahorro del 5,5% en la energía de bombeo horizontal de 10 m3/s aun con DN>100”.
Conclusión
El material de las tuberías juega un papel crucial en la eficiencia del transporte de fluidos. Los efectos del material PUGA ayuda a optimizar sus sistemas de bombeo, reduciendo costos operativos en pro de la sostenibilidad.
Para los proyectos de bombeo o transporte de agua salada o desalada en general, el uso de tuberías idóneas puede significar una optimización en la energía de bombeo y una mayor disponibilidad de energía limpia para las turbomáquinas.
En Alta Entropía, nos especializamos en ofrecer soluciones que maximizan la eficiencia y minimizan el impacto ambiental. Gracias al conocimiento profundo en materiales y tecnologías avanzadas podemos asesorar y entregar productos de alta calidad para la industria de la minería, tratamiento de agua potable, plantas desaladoras, bombeo de agua y transporte de fluidos corrosivos.
Caso Comparativo: HDPE vs. Poliuretano vs. Acero Comercial
A continuación, se presenta una comparación entre tuberías de HDPE, poliuretano, acero comercial y otros materiales comunes, con enfoque especial en sus características de rugosidad y el impacto en la energía de bombeo y pérdidas de carga.
Tabla Comparativa de Materiales Comunes y sus Efectos
| Material | Rugosidades típicas | Ventajas | Desventajas | Impacto en Energía de Bombeo |
| Acero INOX | 0,000007 – 0,00015 | Alta resistencia y durabilidad; adecuadas para altas presiones y temperaturas | Mayor rugosidad; propensas a la corrosión si no están adecuadamente protegidas | Mayor energía de bombeo requerida debido a la rugosidad y posible corrosión interna |
| HDPE | 0,000033 | Superficie interna lisa; resistencia a la corrosión; flexibilidad; facilidad de instalación | Menor resistencia a altas temperaturas y presiones en comparación con el acero | Menor energía de bombeo requerida debido a su superficie interna lisa y baja rugosidad |
| Poliuretano | 0,000023 | Baja rugosidad, alta resistencia a la abrasión; resistencia química versátil, buena resistencia mecánica. | Costo relativamente alto; menos resistencia mecánica que el acero | Mínima pérdida de carga por su superficie interna lisa. |
| PVC | 0,000023 | Suavidad interna; resistencia a la corrosión; bajo costo | Menor resistencia a altas presiones y temperaturas; susceptible a daños mecánicos | Menor energía de bombeo requerida gracias a su superficie interna lisa |
| Cobre | 0,000005 | Alta resistencia a la corrosión; bacteriostática; buena conductividad térmica | Costo elevado; menor resistencia mecánica comparada con el acero | Moderada energía de bombeo requerida debido a la suavidad interna, pero el costo puede ser prohibitivo |
| Hormigón | 0,003000 | Alta durabilidad; resistencia a la abrasión; buenas para grandes diámetros | Superficie interna más rugosa; pesadas y difíciles de instalar | Mayor energía de bombeo requerida debido a la rugosidad interna y posibles acumulaciones de depósitos |
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