¿Qué es el análisis de red de tuberías?

El análisis de la red de tuberías es un cálculo de flujos de fluidos y caídas de presión en sistemas de tuberías complejos. El análisis de los sistemas de tuberías es importante para los servicios públicos que suministran agua a los consumidores, la planificación de la distribución de gas natural o cualquier sistema de tuberías donde las presiones de suministro y los caudales consistentes son importantes. Es poco probable que un proveedor conozca demandas específicas y tasas de flujo en toda la red, por lo que el análisis de la red de tuberías proporciona un método donde se eligen los bucles del sistema y se realizan los cálculos.

Los cálculos necesarios para el análisis de la red de tuberías están disponibles en paquetes de software comerciales, pero las ecuaciones fundamentales también se pueden calcular manualmente. El análisis utiliza un método de relajación en el que se eligen bucles de tuberías, se estiman las caídas de presión y los puntos de entrega. Luego se determina la cantidad de material que pasa a través del sistema y se realiza una serie de cálculos.

En este punto, se realizan correcciones a las estimaciones y los cálculos se repiten cuando es necesario. Esto se conoce como un método iterativo. El proceso continúa con cambios cada vez más pequeños en los supuestos, hasta que se satisfaga la conservación de la masa y la energía. La conservación de la masa y la energía significa que las presiones de entrada y los flujos en el punto de suministro son iguales a las pérdidas de presión del sistema y las tasas y presiones de flujo de entrega requeridas por el cliente.

El análisis de la red de tuberías utiliza el mismo método iterativo independientemente del fluido que se entregue. La importancia y la complejidad de estos cálculos aumentan a medida que crece una red de tuberías y los clientes esperan una entrega ininterrumpida. La dinámica de fluidos y las caídas de presión se pueden medir experimentalmente, pero las mediciones de laboratorio no siempre se traducen bien en sistemas reales de lazos superpuestos, muchos puntos de entrega y una red de tuberías en constante cambio.

Los planificadores de servicios públicos pueden usar los resultados de un análisis de red de tuberías para modificar y actualizar sus sistemas. Las nuevas demandas de los clientes pueden requerir estaciones adicionales de bombas o compresores para suministrar flujos adecuados. Las subdivisiones o vecindarios en crecimiento pueden requerir un nuevo análisis de la red, porque la adición de nuevos bucles de tuberías cambia los supuestos de cálculo.

La tubería de agua puede desarrollar escamas internas o aspereza a medida que envejece. Esto puede requerir energía de bombeo adicional para vencer. El análisis de la red de tuberías generalmente debe ser un proceso dinámico con variables que cambian constantemente, en lugar de un único análisis sin permitir cambios a lo largo del tiempo.

Un método computacional utilizado tradicionalmente para calcular manualmente un análisis de red de tuberías es el método Hardy Cross. Este método supone que todos los tamaños y longitudes de tubería son variables fijas. El método Hardy Cross se vuelve menos preciso a medida que el sistema de tuberías se vuelve más complejo. Los resultados de un cálculo de Hardy Cross pueden ser menos precisos que las aplicaciones de software, pero los resultados pueden usarse como suposiciones para cálculos de software más complejos.

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