FASE 1: TRABAJO COLABORATIVO 3. APLICAR COMPONENTES DE SISTEMAS HIDRONEUMATICOS
PRESENTADO POR: MILTON ARLEY PALACIOS BENAVIDES FREDY VERA ALEXIS PEDROZA GRUPO: 243011_3
INGENIERIA ELECTRONICA UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA “UNAD”
ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA ECBTI AÑO 2018
0. INTRODUCCIÓN.
El actual trabajo tiene como prioridad p rioridad conocer los diversos conceptos aplicar componentes para sistemas hidroneumáticos los cuales nos va a determinar que conceptos estudiados durante la unidad se utilizaran en la implementación del caso estudio para que sea la correcta y eficaz solución al problema Los sistemas hidroneumáticos son de gran utilidad en los hogares o edificio con gran demanda de agua, funcionan para dar la presión necesaria al agua y con ello lograr abastecer los lugares donde se encuentra instalada, son varios los tipos de sistemas de hidroneumáticos, a continuación se presentamos los más conocidos.
1. OBJETIVOS.
1.1 Objetivo general Identificar el funcionamiento de los componentes de u n sistema hidroneumático dando cumplimiento a los parámetros establecidos en la Guía d e actividad fase 3
1.2 Objetivos específicos Comprende e interpreta un sistema hidroneumático desde sus p ropósitos hasta su aplicabilidad, para comprender su funcionamiento, utilizando las referencias bibliográficas recomendadas. Asimilar las diferencias y similitudes existentes entre los sistemas hidroneumáticos aplicados tanto en la industria como en el hogar, usando fuentes de información sugeridas. Investigar y desarrollar los conceptos básicos de sistemas neumáticos e hidráulicos mediante software de simulación y aplicándolos al desarrollo del caso de estudio. Conocer:
Funcionamiento de una bomba centrifuga.
Tuberías equivalentes y sifones.
Calculo de la red de distribución.
Cabezales de descarda.
Bridadas.
Tanque hidroneumático.
2. MARCO METODOLÓGICO 2.1. ¿Qué son los sistemas sistemas hidroneumáticos? Un sistema hidroneumático o “booster”, es mantener la presión de agua constante en la red
de distribución de agua para servicios como lo son: baños, cocinas, lavadoras, sistemas de riego y/o cualquier lugar donde se requiera el manejo constante de agua. Se utiliza en sitios como: casas habitación, oficinas, hoteles, hospitales, entre otros. Los Sistemas Hidroneumáticos se basan en el principio de compresibilidad o elasticidad del aire cuando es sometido a presión, funcionando de la siguiente manera: El agua que es suministrada desde el acueducto público u otra fuente, es retenida en un tanque de almacenamiento; de donde, a través de un sistema de bombas, será impulsada a un recipiente a presión (de dimensiones y características calculadas en función de la red), y que posee volúmenes variables de agua y aire. Cuando el agua entra al recipiente aumenta el nivel de agua, se comprime el aire y aumenta la presión, cuando se llega a un nivel de agua y presión determinados (Pmáx.), se produce la señal de parada de bomba y el tanque queda en la capacidad de abastecer la red; cuando los niveles de presión bajan, a los mínimos preestablecidos (Pmín.) se acciona el mando de encendido de la bomba nuevamente. Como se observa la presión varía entre Pmáx y Pmín, y las bombas prenden y apagan continuamente.
2.2. Partes del sistema Hidroneumáticos: Un tanque de presión: Consta de un orificio de entrada y uno de salida para el agua (en este se debe mantener un sello de agua para evitar la entrada de aire en la red de distribución), y otro para la inyección de aire en caso de que este falte. Un número de bombas acorde con las exigencias de la red. (Una o dos en caso de viviendas unifamiliares y dos o más para edificaciones mayores).
Interruptor eléctrico para detener el funcionamiento del sistema, en caso de faltar agua en el estanque bajo.
Llaves de purga en las tuberías de drenaje. Válvula de retención en cada una de las tuberías de descarga de las bombas al estanque hidroneumático.
Conexiones flexibles para absorber las vibraciones. equ ipo hidroneumático; entre este y el sistema de Llaves de paso entre la bomba y el equipo distribución.
Manómetro. Válvulas de seguridad. Dispositivo para control automático de la relación aire/agua. (Puede suprimirse en caso de viviendas unifamiliares)
Interruptores de presión para arranque a presión mínima y parada a presión máxima, arranque aditivo de la bomba en turno y control del compresor.
Indicador exterior de los niveles en el tanque de presión. (Puede suprimirse en caso de viviendas unifamiliares) v iviendas Tablero de potencia y control de motores. (Puede suprimirse en caso de viviendas unifamiliares) Dispositivo de drenaje del tanque hidroneumático y su correspondiente llave de paso. Compresor u otro mecanismo que reponga el aire perdido en el tanque hidroneumático
2.3 tuberías equivalentes. Su usa para calcular la pérdida de carga de un conducto o conjunto de ellos de diámetros, longitudes y/o coeficientes de rugosidad diferentes.
Tuberías en serie Tuberías en paralelo Tuberías simples
2.4. Tuberías en serie. Unión en serie de varios tramos de conductos.
2.5. Tubería en paralelo Están formadas por diferentes conductos que tienen en común sus puntos extremos. Donde el caudal es el mismo en punto A y B.
2.6. Tuberías simples.
tuberías del mismo diámetro y coeficiente de rugosidad diferentes.
tuberías con el mismo coeficiente de rugosidad y diámetros diferentes
tuberías con distinto coeficiente de rozamiento y d istinto diámetro.
2.7. Sifones. Se denominan sifones los conductos parcialmente a presión situados por encima de la línea de energía.
3. PASOS:
I. los factores que se deben tener en cuenta Zona donde se va implementar Volumen de agua a servir tuberías, velocidades, presiones. II. Los datos previos para el estudio Planos del sitio sitio Determinación de los puntos de agua, volumen de agua que necesita cada punto, diámetro mínimo a emplear en la red, presión mínima requerida en el momento de mayor carga III. Caudales de cálculo, tamaño de la población, revisión de crecimiento, demanda punta agua para incendios IV. Diámetros mínimos V. Velocidades recomendadas en tuberías es ne cesario fijar las velocidades para evitar erosiones o golpes de ariete que puedan provocar rupturas en la red VI. Redes de distribución garantiza a todos los p untos el caudal y la presión precisa, p recisa, la calidad de agua requerida evitando contaminación desde su recogida en el depósito hasta el punto de consumo y el servicio continúo de líquido
C aso de estudio estudio
En una empresa de plásticos (PLASTICOL S.A.) se desea obtener un sistema presurizado de agua, tal que sea capaz de llevar este líquido a los tanques de mezclado de los compuestos químicos que se encuentran a gran distancia desde la fuente hasta la planta p lanta de mezcla, en donde se s e desea desarrollar un sistema hidroneumático que pu eda suplir esta necesidad.
El sistema hidroneumático que se solicita debe contener un tanque hidroneumático capaz de llenar 5 tanques de mezcla cada uno de 5000
, en el cual se debe anexar tanto
las bombas centrifugas que logren hacer una presión para suplir el llenado en el menor meno r tiempo posible pero teniendo en cuenta que la distancia recorrida entre el sistema hidroneumático y los tanques de llenado es de 580 metros, como los cabezales de descarga bridadas y el preostato que se utilice debe hacer que el paso del agua llene un tanque a la vez, ya que si se llenan todos al tiempo se pude elevar la presión, una vez se tengan estos elementos también se debe diseñar el tablero de control e indicadores los cuales visualizaran las presiones del sistema hidroneumático como también el cont rol de estas presiones y demás componentes que se consideren necesarios para el buen funcionamiento de este sistema, las conexiones hidráulicas se dejan a libre diseño pero deben tenerse en cuenta los aspectos antes mencionados.
Con los componentes del sistema hidroneumático, se debe diseñar las presiones que se ejecutaran dentro del sistema, calculando las p resiones máxima y mínima como también el tipo de bomba que se utilizara y el área interna de este, se debe hacer el análisis del tanque y la viabilidad de este este diseñando y calculando las presiones internas que se manejan dentro del tanque y el sistema como tal, por último se hace necesario utilizar un compresor que para ello se diseña mediante el cálculo de las áreas intervinientes del sistema hidroneumático
DATOS
Distancia de llenado = 580m
Capacidad de cada tanque: 5000
=5 L
Tiempo estimado de llenado de cada tanque= 25seg Tiempo total del llenado de tanques = 125 seg
Formula caudal =
=
Donde: Q=caudal del fluido
t= tiempo de llenado (s) V= volumen del tanque
0. 0 25 = 50 =0.0005/ Ya que se sabe que el caudal es de
0.0005/
hallaremos el diámetro de la
tubería mediante una tabla regulatoria en el cual nos basaremos en el tipo de tubería así como su velocidad máxima o mínima.
Formula diámetro:
= ∗∗∗
Donde: Q= caudal del fluido
V= velocidad del fluido (m/s) D= diámetro de tubería (m) Entonces:
= 4 ∗∗ 4∗0. 0∗ 005 = 4∗0. 3 = 0.9.0.040224 = √ 0.0.0000169
=0.015 Ya que el diámetro de la tubería es un poco delgado usaremos una tubería ½ pulgada Con los valores obtenidos se recomienda hallar la perdida de carga por fricción en tubería recta.
ℎ = 10,643∗∗ ∗ . 10, 6 43∗0, 0 005 ℎ = 125. ∗0.015,∗580 004825 − ℎ = 9,90,3174∗10 ℎ =452,12 Con estos valores procederemos a hallar las pe rdidas causadas por conexiones en las tuberías, así como conexiones anexas ya que hay que dejar en claro que cualquier conexión de más en una tubería recta causara perdida de energía
=(100 ) =(130100) = = 1,3, =1,62 Para hallar las perdidas por longitud debemos realizar una sumatoria entre las 2 perdidas anteriormente halladas:
∑ℎ=452,12+1,62=453,74
∑ℎ=ℎ+
Presión residual
ℎ=1=2,31=0,7041 en los puntos de consumo la presión residual (presión mínima), deberá ser 4,27 libras por pulgada cuadrada.
Velocidad media
= ∆∆ = 58050 =11,6/ = = 2 + ∑ ℎ+ ℎ + 2 + ℎ 11. 6 = = 2 + 453,74+ 4 + 2 +4.27 = = 465,81 Con esta información, más la anteriormente hallado procederemos a hallar la altura dinámica de bombeo la cual c ual consta de todos los obstáculos los cuales se le presentan al liquido transportado por la tubería, la formula seria la siguiente:
= = ℎ + ∑ ℎ+ ℎ + 2 + ℎ 2 = ó á ℎ=
h=altura geométrica entre el nivel inferior y superior del liquido
∑ ℎℎ== = = ℎ + ∑ ℎ + 2 + ℎ Dimensiones de la bomba
Al escoger los tanques lo primero que se debe tener en cuenta es la capacidad de estas por suplir todo el sistema de agua POTENCIA DE LA FORMULA:
= ∗∗ 76∗ 100
= íí / = á á ℎ ℎ 3/43/4 2 " = 3030 5050%% 6" ó ó = 75 80% = = 1 = = 0,9859 985923232525737 73733 1 = = 1,0142 01427777727265650808353577 = = 1000 1000 = 2 "=5075% " =5075% 1000∗0, 0 005∗465, 8 1 = ∗∗ == 76∗ 76∗50 100 100 a 6
Procedemos a despejar la formula:
= 232,37,9505 =6,2 Presión Mínima
Esta presión es la que se encarga de mantener el sistema hidroneumático operacional en el momento que alguna inconsistencia por temas de presión de caudal se presente en nuestro sistema
=ℎ+∑ℎ + 2 + ℎ : ℎ= é ℎℎ== í ∑ ℎ= ℎℎ== í ∑ 2 = é ó á 11, 6 =2+453,74+ 29,807 +4, 27= =460,60
Referencia Bibliográfica
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