Diseo de la InvestigacinSe estudi la relacin existente de esta investigacin con los diseos no experimentales, definiendo al diseo como el plan o estrategia que se desarrolla, para obtener la informacin que se requiere de una investigacin. Sampieri (2004, p. 267) define la investigacin no experimental como aquella que se realiza sin manipular deliberadamente variables. Es decir, se trata de investigacin donde no hacemos variar en forma intencional las variables independientes, por lo que se observa el fenmeno tal y como se da en su contexto natural, para despus analizarlo. Kerlinger (2002, p. 420): En la investigacin no experimental no es posible manipular las variables o asignar aleatoriamente a los participantes o tratamientos.El desarrollo de la investigacin consisti en discriminar el filtro tipo Y de otras opciones en el mercado, aplicar modelos matemticos unidimensionales para lograr un diseo conceptual de un filtro tipo Y, evaluar mediante modelos matemticos unidimensionales los efectos de un nuevo diseo en la remocin de partculas y prdidas en el sistema, adems de garantizar un diseo de la malla de filtrado que soporte las prdidas de presin en el filtro, producto de la acumulacin de partculas, mediante la aplicacin de la teora de fallas.Tipo de InvestigacinDefinido el diseo no experimental este a su vez es enmarcado dentro del tipo de investigacin transeccional o transversal descriptiva, en funcin a su enfoque cuantitativo. Descartando de base la investigacin como exploratoria o correlacional o explicativo. Sampieri (2002, p.272): Los diseos transeccionales descriptivos tienen como objetivo indagar la incidencia y los valores en que se manifiestan una o ms variables (dentro del enfoque cuantitativo) o ubicar, categorizar y proporcionar una visin de una comunidad, un evento, un contexto, un fenmeno o una situacin (describirla, como su nombre lo indica, dentro del enfoque cualitativo). Partiendo de un anlisis especifico de investigaciones previas y la codificacin del mismo se busca lograr la aplicabilidad de dichas investigaciones en el rea de filtracin, mecnica de los fluidos y teora de fallas.Definir los pasos a seguir para lograr el diseo conceptual del filtro tipo Y. Definir la geometra del filtro:De la revisin bibliogrfica de catlogos y planos de fabricantes de filtros tipo Y se pudo determinar que en ngulo de inclinacin de estos filtros es de 45, como lo muestran las figuras 3.1 y 3.2.

Figura 3.1, Plano filtro Y de la empresa Grisswoldcontrol, Fuente: http://www.griswoldcontrols.com/engineering-cad.html

Figura 3.2 Plano filtro Y de la empresa Zurn Wilkins, Fuente: http://seek.autodesk.com/product/latest/agg/zurnwilkins/Zurn-Wilkins/ZurnFSCPor lo que en esta investigacin, este ngulo se tomara como constante, por ser constante en la mayora de los fabricantes, adems la forma de evaluar los resultados ser mediante modelos unidimensionales, por lo que el cambio de este ngulo no afectara mucho los resultados. Observando esto, se pudo realizar un diagrama simple de lo que sera el filtro Y a disear (figura 3.2).

Figura 3.3 Diagrama bsico del filtro YSe establece F como el dimetro interno de tubera a la entrada del filtro. D ser el dimetro de entrada del filtro, y ser igual a:

Dejando una pulgada de holgura de una pulgada para la entrada del filtro en las tuberas y el paso del fluido filtrado. H ser igual a la altura del filtro, y ser igual a H=jD, donde j ser un factor entre 3 y 6, rango tomado de referencias de catlogos de fabricantes (Tabla 3.1 y Figura 3.4). Y ser una variable a la hora del diseo.Tabla 3.1 Tabla resumen de la Figura 3, donde F= d, H=l, D=do, j=H/DF (in)H (mm)D (mm)j

2240386,32

2,5270505,40

3305605,08

4345804,31

53901003,90

64301203,58

85301703,12

106202202,82

127502503,00

149002753,27

1610003103,23

Figura 3.4 Planos filtro Y de la empresa Daido Machines, Fuente: http://www.daidomachines.com/global/strainer/strainer_y.html Cada de presin.Dada las condiciones encontradas en la plata, la mxima cada de presin en el nuevo sistema de filtrado, deber ser de unos 20psi, por lo que se quiere que cuando el filtro este limpio, o recin instalado, la cada de presin mxima sea de 1psi.Para estimar la cada de presin, se generara un modelo unidimensional, que estime las perdidas (P) versus el caudal (Q). Las variables a seleccionar en estos modelos, sern F y j.Las prdidas totales o cada de presin Pt (ecuacin 35), sern la sumatoria de las perdidas por friccin en el tramo de tubera, las perdidas por la expansin y contraccin brusca del fluido y las perdidas ocasionadas debido al lecho poroso (Figura 3.5).

Figura 3.5 Diagrama de perdidas en un filtro Y

De la ecuacin 20:

Se puede obtener una expresin de P1 (ecuacin 36), tomando en cuenta que:, y Adems L=6F por consideraciones de diseo.

Para el clculo de P2, se realizara la supocion de que el dimetro de entrada de la tubera F y la mayor rea de seccin trasversal Ac, estarn predispuesto como en la Tabla 2.3. Por lo que F=d y Dh=D. Tomando en cuenta la ecuacin 27:

Donde:; ; Segn la Tabla 2.3:, Y segn la ecuacin 18:

En donde Ac va a ser el rea transversal del cilindro del filtro, por ser el rea mayor en el trayecto del fluido. Por lo que P2 puede expresarse como:

La ecuacin por prdidas en un medio poroso puede ser determinada segn la ecuacin 14:

Que puede expresarse como:

En donde Dp=dp, s=1, al ser la mayora de las partculas de forma esfricas, segn un estudio realizado por Corpoelec en 2013. Adems:, y Por lo que la ecuacin 35 puede escribirse como:

Por lo que con esta ecuacin, se podrn buscar valores de F y j que puedan cumplir con los objetivos planteados.Evaluar el efecto del nuevo diseo en la remocin de partculas.Segn el estudio realizado por Corpoelec en diciembre del 2013 (tabla 1.1), y sabiendo por este mismo estudio que la mayora de las partculas son cilndricas. Se puede determinar un caudal de partculas en (m3de partculas/m3de fluido), que al ser multiplicado por el caudal del fluido Q, se obtendr el caudal de partculas en (m3de partculas/s).Tabla 1.2Dimetros de partculasISO 4406

1m2m5m10m15m25m50m100m

1140738.50124117.4380980.9324760.7311022.332500.57102.571.9724/24/21

244729.2336958.4021789.535055.032041.90690.13120.8310.1722/22/18

372211.3762432.1335536.975649.631406.97265.6026.672.6723/22/18

4139052.40122612.1374791.9310504.301865.43336.7330.433.3724/23/18

566768.6042942.1310034.70867.87450.23167.2726.135.9323/21/16

637731.9721039.774638.73549.50266.2387.636.900.7022/19/15

724319.3312641.673650.57919.27524.70199.3022.633.0721/19/16

Particulado Ciclo III CTGRU Temozulia Partculas/mL1)Entrada al Complejo 2)Salida Tanque de Almacenamiento 1 3)Entrada Centrifugadora CC3 4)Salida Centrifugadora CC3 5)Entrada Filtros Coalescedores CC3 6)Salida Filtros Coalescedores CC3 7)Entrada TurbinaLas partculas que salen de los filtros coalescedores, son las que se dirigirn al nuevo sistema de filtrado, por lo que se selecciona la fila 6 de la tabla 1.1, y se multiplica cada valor de particulado por el volumen unitario de cada dimetro de partcula (Vol=dp3/6). Teniendo en cuenta de que el tipo de filtro a seleccionar detiene partculas con un dimetro de mayores de 25m. El caudal de partculas en (m3 partculas/m3 fluido), puede ser calculado sumando cada caudal de partcula resultante (Tabla 3.3).Tabla 3.3 Caudal de partculas (m3 partculas/m3 fluido)25m50m100mSumatoria

Partculas/mL fluido87,636,900,70

m3 Partculas/m3 fluido7,16949E-074,516E-073,67E-071,53507E-06

Segn el caudal de operacin Q, existir un caudal de partculas Qp, conociendo este caudal, se debe determinar el volumen a llenar de partculas, para que la cada de presin llegue a las condiciones mximas (20psi).Despejando L de la ecuacin 14, se obtiene:

Conociendo que las prdidas admisibles por el medio filtrante, debe ser menor a 1psi, la cada de presin ocasionada por el ensuciamiento debido a la acumulacin de sedimento Pp, no deber ser mayor a los 19psi. Por lo que para un valor de Pp, existir un valor de Lmax de ensuciamiento. Al conocer este valor de Lmax, y conociendo que el rea de flujo asumida del filtro es: A=D2j. Se puede obtener un volumen de ensuciamiento mximo Volp.Al conocer Volp y conociendo Qp, se puede determinar el tiempo t de ensuciamiento del filtro para las condiciones de diseo (ecuacin 42).

Calculo de espesor mnimo del cilindro base del filtroSe partir de la supocion de que es cilindro base del filtro, ser un recipiente de pared delgada. i/t