APLICAR COMPONENTES SISTEMAS HIDRONEUMÁTICOS

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍAS PROGRAMA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES 

 Presentado por:

ANDRES LEONARDO HOYOS - 91325648 

MARCO TULIO ANGULO MOYA – 3103287
LUIS ERNESTO RODRIGUEZ AREVALO – 5136114

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 FASE 2 - APLICAR COMPONENTES SISTEMAS HIDRONEUMÁTICOS 

 SISTEMAS HIDRONEUMATICOS 

2018 – PRIMER SEMESRE 04/03/2018 

 INTRODUCCIÓN

 Los sistemas hidroneumáticos son la evolución de los sistemas de suministro de agua por gravedad, su principal función es controlar la presión del sistema para que el suministro del fluido sea continuo y no sufra indisponibilidad. 

Este documento tiene como propósito iniciar con el estudio, definición y apropiación de los elementos que intervendrían en el sistema hidráulico propuesto y avanzar en su diseño. 

Una delas estrategias para el desarrollo del trabajo propuesto es incorporar los conocimientos previamente adquiridos como son neumática, hidráulica, control, magnitudes físicas, simbología y manejo de software aplicado al diseño de circuitos hidroneumáticos.   

RESUMEN 

 El presente trabajo consiste en la descripción de elementos que intervienen en la solución del caso de estudio propuesto y en el desarrollo de un sistema hidroneumático que permita llevar agua desde la fuente de abastecimiento hasta los depósitos dispuestos para el proceso de mezcla de químicos. 

Este sistema es requerido por una empresa que necesita un sistema presurizado completo que tenga todos los elementos de control requeridos para tener el proceso bajo los parámetros necesarios. 

Además de los elementos físicos que se deben instalar, se van a realizar los cálculos de variables que se deben controlar en el sistema propuesto.   

OBJETIVOS 

 Objetivo general 

• Dar solución al problema propuesto en el caso de estudio Objetivos específicos 
• Estudiar los elementos que intervienen en el sistema y definirlos
• Revisar cuantas y cuáles son las partes que intervienen en el sistema para un buen funcionamiento. 
• Revisar si el diseño cumple con lo que se está solicitando en el trabajo.
• Conocer bien como es el funcionamiento de un sistema hidroneumático. 
• Evaluar que el lector haya comprendido el funcionamiento, el significado de cada parte principal que lo compone. 

 CASO DE 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 de mezcla, en donde se desea desarrollar un sistema hidroneumático que pueda 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 𝑐𝑚3, en el cual se debe anexar tanto las bombas centrifugas que logren hacer una presión para suplir el llenado en el menor 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 control 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. 

Los componentes del sistema hidroneumático, se debe diseñar las presiones que se ejecutaran dentro del sistema, calculando las presiones 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 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. 

JUSTIFICACIÓN DE LOS COMPONENTES 

Tanque Hidroneumático 

Tanque hidroneumático 

El aire comprimido se utiliza en estos tanques como búfer o cojín que permite un aumento libre de proceso de entrega. Mantiene la presión constante cuando las bombas se encuentran fuera de servicio. No tienen como función almacenar agua, sino que se trata de un recipiente con un diafragma que al ser llenado con agua comprime la parte que se encuentra llena de aire lo que mantiene la presión constante en el sistema. 

Bombas Centrifugas 

Es la parte más importante del sistema, tiene la función de abastecer el fluido, pueden ser horizontales, verticales, sumergibles, autocebantes y turbinas. Consiste de un conjunto de paletas rotatorias encerradas dentro de una caja o cárter, o una cubierta o coraza. Se denominan así porque la cota de presión que crean es ampliamente atribuible a la acción centrifuga. 

Las paletas imparten energía al fluido por la fuerza de esta misma acción. Así, despojada de todos los refinamientos, una bomba centrifuga tiene dos partes principales: 

• Un elemento giratorio, incluyendo un impulsor y una flecha. 
• Un elemento estacionario, compuesto por una cubierta, estoperas y chumaceras. 

Bomba centrífuga

Funcionamiento 

El flujo entra a la bomba a través del centro u ojo del rodete y el fluido gana emergía a medida que las paletas del rodete lo transportan hacia fuera en dirección radial. Esta aceleración produce aumento de energía de presión y cinética, lo cual es debido a la forma de caracol de la voluta para generar un incremento gradual en el área de flujo de tal manera que la energía cinética a la salida del rodete se convierta en cabeza de presión a la salida. 

Principio de  funcionamiento de una bomba centrífuga

Cabezales de descarga brigadas 

Conecta en paralelo las bombas y el tanque hidroneumático. Tiene descargas hacia ambos lados del equipo y se puede conectar a la red hidráulica por cualquier extremo o por ambos. 

Cabezal de descarga bridada

Cabezales de descarga conectando bombas en paralelo

Tableros de control e indicadores 

Los tableros de control e indicadores son paneles donde se encuentran instrumentos para la conexión, control, maniobra, protección, medida, señalización y distribución, todos los dispositivos que integran el tablero eléctrico permiten que una instalación eléctrica funcione correctamente. Su función principal es albergar diferentes dispositivos eléctricos, electrónicos, etc. que gobiernen la lógica y energicen cargas, tales como motores, generadores, máquinas de procesos, etc., o sea, todo aquello que necesite la industria para controlar el funcionamiento de las máquinas. 

Ventajas 

• La totalidad de sus componentes se pueden adquirir rápidamente. 

• Su estudio, fabricación e instalación es muy difundido desde hace décadas. 

• La adaptación de los responsables del mantenimiento es rápida. 

• Se enseña en todas las universidades, institutos técnicos y escuelas técnicas. 

• No existen inconvenientes en cuanto al lugar de su instalación, ya que existen equipos para cualquier ambiente. 

Desventajas 

• El costo de estos tableros es alto y depende del proceso a controlar. 

• Requiere mantenimiento periódico 

• No son versátiles, solamente se les pueden utilizar para una determinada aplicación. 

• Con el tiempo disminuye su disponibilidad, debido a la probabilidad de fallas. 

• Se necesitan interfaces para lograr comunicación directa entre todos sus componentes.

Tablero general de distribución

Tablero de transferencia automática

Conexiones hidráulicas 

Las tuberías de uso comercial se obtienen en longitudes desde tres a 6 metros, por lo tanto, son inevitables los conectores. 

Estos pueden ser fijos o desmontables.

Los conectores fijos son aquellos soldados, en los cuales los tubos están unidos “sin fin” entre sí. En los conectores desmontables, en principio, los tubos se unen mediante racores o bridas. Esto puede llevarse a cabo de muchas maneras distintas. De acuerdo con el tipo de unión se diferencian: 

• Conectores roscados. 
• Conectores con casquillo cortante sin abocinar. 
• Conectores abocinados. 
• Conectores por brida. 

Accesorios NPT

Accesorios bridados

Tuberías 

Las tuberías son una parte importante del sistema hidroneumático completo. A través de ellas se transporta energía hidráulica en forma de caudal y presión, a veces, a lo largo de grandes distancias. 

Las elevadas exigencias impuestas a los sistemas hidráulicos naturalmente también se refieren a las tuberías. Las tuberías deben soportar las altas presiones, la pulsación y las vibraciones a las que están expuestas sin que se produzcan deterioros, fugas o problemas de estanqueidad. 

Se dice que una tubería es equivalente a otra o a otras cuando transporta la misma cantidad de agua bajo la misma perdida de carga total. Estas se usan para calcular la perdida de carga de un conducto o un conjunto de ellos de diámetros, longitudes y/o coeficientes de rugosidad diferentes. Imagen 6 - Tuberías y sistemas de distribución 

Tuberías y sistemas de distribución

Manómetros 

Los manómetros son instrumentos de medida de la presión en fluidos (líquidos y gases) en circuitos cerrados. Miden la diferencia entre la presión del fluido y la presión atmosférica, llamándose a este valor, presión manométrica. A este tipo de manómetros se les conoce también como "Manómetros de Presión". 

Lo que realmente hacen es comparar la presión atmosférica con la de dentro del circuito por donde circula al fluido. Por eso se dice que los manómetros miden la presión relativa. Su función en nuestro sistema es identificar las áreas de la red donde se evidencie ausencia de presión o problemas de baja presión. 

Principio de funcionamiento

 Manómetros

Presostato

Es un instrumento que abre o cierra un circuito eléctrico, en función del cambio de un valor de presión prefijado, en un circuito neumático. También se le conoce como interruptor de presión, en general los presostatos son instrumentos mecánicos.

Su ajuste se realiza mediante un tornillo o una pequeña leva, que aumenta la presión que ejerce sobre un muelle central y éste a su vez, sobre el contacto o contactos. Cuando la presión del sistema supera a la del muelle, los contactos varían de posición y, al contrario, cuando la presión del sistema baja y la del muelle es superior, los contactos varían nuevamente.

Presostato

CÁLCULOS PRELIMINARES RED DE DISTRIBUCIÓN 

Vamos a diseñar el sistema con un tanque de 100000〖cm〗^3 adónde vamos a bombear inicialmente el agua desde el reservorio (Para lograr redundancia y disponibilidad del fluido en el proceso)

100000〖cm〗^3=100L=0,1m^3

Pretendemos llenar el tanque en un tiempo de 2min
2min=120seg

Tenemos la siguiente ecuación para calcular caudal:

Q=V/T (1)

Q=(0,1m^3)/120s

Q=0,000833m^3/s

Calculo de tuberías de descarga: (Vamos a asumir una velocidad de fluido de 1,5m/s) Las siguientes ecuaciones nos van a servir para el cálculo de las tuberías de descarga:

Q=V*A (2)

A=(πD^2)/4 (3)

Q=(VπD^2)/4 (4)

De 4 tenemos

D=√((4*Q)/(V*π))=

√((4*0,000833m^3/s)/(1,5m/s*3,1416))=

0,0266m

D=0,0266m

D=26,6mm

Esto equivale aproximadamente a:

D=1,05"

Como este calibre de tubería no es comercializado voy a usar el siguiente calibre comercial que es 1,5" y con esto tengo en cuenta las impurezas que se pueden adherir a las paredes del tubo y a la formación de sarro.

Entonces,

D=1,5"=38,1mm 

Ahora podemos hacer un cálculo real de la velocidad del fluido.

De (4) tenemos:

V=4Q/(πD^2 )=

(4*0,000833m^3/s)/(3,1416*0,00145)=

(0,003332m^3/s)/(0,00455m^2 )=

0,73m/s V=0,73m/s 

Calculo de tuberías de succión: (Vamos a asumir una velocidad de fluido de 0,5m/s)

Tenemos

Q=0,000833m^3/s

V=0,5m/s

De (4) tenemos:

V=4Q/(πD^2)

D=√((4*0,000833m^3/s)/(0,5m/s*3,1416))=

√((0,003332m^3/s)/(1,57m/s))=√(0,0021m^2 )=

0,046m=46mm

D=46mm≈1,8"

Voy a tomar el siguiente diámetro comercial

D=2"

Esto atiende la recomendación que dice que la tubería de succión debe ser de mayor diámetro que la tubería de descarga.



Componente Practico 

Con el software de simulación que el grupo escoja, hacen un vídeo tutorial de como es el funcionamiento de este y como se puede desarrollar un ejercicio sencillo (el que ustedes escojan, es de libre selección), teniendo en cuenta que debe ser aplicado a la hidráulica

En el foro colaborativo, los integrantes discutimos acerca del software y decidimos continuar con el software propuesto en el componente práctico, Fluidsim.

https://www.youtube.com/watch?v=x3OOTWVOD-Q

CONCLUSIONES 

Al finalizar el desarrollo del presente trabajo colaborativo hemos identificado y definido los elementos del sistema que se va a desarrollar e iniciamos con la solución al problema propuesto en el caso de estudio. 

Justificamos de esta manera el propósito de cada uno de los elementos presentes en el sistema hidroneumático y aplicamos los conocimientos previamente adquiridos. 

RECOMENDACIONES 

Es de vital importancia que los integrantes del curso nos mostremos más activos y atentos para el desarrollo de las actividades propuestas de manera que los aportes sean realizados dentro del tiempo dispuesto para el cumplimiento de los objetivos grupales.

 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 

López, A. (1997). Manual de Hidráulica. Digitalia Publicaciones Universidad de Alicante. Recuperado de: http://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2051/login.aspx?direct=true&db=e000xww&AN=317966&lang=es&site=ehost-live 

Sánchez, M. Bladé, E, & Puertas, J. (2005). Hidráulica. Barcelona: Universidad Politécnica de Catalunya. Recuperado de: http://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2077/lib/unadsp/reader.action?docID=11046178 

Domínguez, E, & Ferrer, J. (2011). Circuitos de fluidos: suspensión y dirección. Recuperado de: http://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2077/lib/unadsp/reader.action?docID=10505011

Carulla, M. & Lladonosa, V. (1993). Circuitos básicos de neumática. Recuperado de: http://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2077/lib/unadsp/reader.action?docID=10345424

Rodríguez, N. (2016) Sistemas Hidroneumáticos y Neumática [OVI]. Recuperado de: http://hdl.handle.net/10596/9802