APLICAR CONCEPTOS DE SISTEMAS HIDRONEUMATICOS
Sistemas Hidroneumáticos
Aplicar conceptos de sistemas hidroneumáticos
Estudiantes
Luis Ernesto Rodríguez - 5136114
Diego Armando Orduz - 1098624170
Marco Tulio Angulo – 3103287
Andrés Leonardo Hoyos – 91325648
Tutor
Juan Camilo Tejada Orjuela
UNAD
CEAD Bucaramanga – Marzo 17 de 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 fin, reconocer los principales conceptos del tema en estudio, encontrar soluciones preliminares al problema propuesto e incorporar de alguna manera los conocimientos previamente adquiridos como son neumática, hidráulica, control, magnitudes físicas, simbología y manejo de software aplicado al diseño de circuitos hidroneumáticos.
RESUMEN
Basándonos en el problema que nos plantea la guía de actividades, iniciamos con el reconocimiento de los contenidos propuestos en el entorno respectivo, realizamos aportes preliminares sobre elementos principales y diseño de sistemas hidroneumáticos aplicado al caso de estudio y los plasmamos en una serie de documentos audiovisuales para lograr mejor entendimiento y apropiación de las temáticas propuestas.
OBJETIVOS
Objetivo General
Documentar la apropiación de los conceptos generales de sistemas hidroneumáticos.
- Lograr comprensión e interpretación de un sistema hidroneumático.
- Reconocer las similitudes y diferencias entre los sistemas hidroneumáticos de la industria y el hogar.
- Investigar y desarrollar conceptos básicos de sistemas neumáticos mediante software de simulación.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
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 〖cm〗^3, 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 presostato 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.
Con 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.
MARCO METODOLÓGICO
Actualmente los sistemas hidroneumáticos son implementados en diferentes sistemas de abastecimiento y distribución de agua en edificios e instalaciones, los elementos hidroneumáticos han demostrado ser una opción eficiente y versátil, con grandes ventajas en comparación a otros sistemas; La implementación de sistemas hidroneumáticos evitan construir tanques elevados de almacenamiento, implementando un sistema de tanques parcialmente llenos con aire a presión.
Contar con recipientes parcialmente llenos y presurizados permite que la red hidráulica mantenga una presión estable, algunos sistemas con los que estamos familiarizados a diario en nuestros hogares es el funcionamiento de lavadoras, filtros, regaderas, llenado rápido de depósitos en excusado, operaciones de fluxómetros, riego por aspersión, entre otros; demostrando así la importancia de estos sistemas en diferentes áreas de aplicación. De esta manera el sistema impide la acumulación de sarro en tuberías por flujo a bajas velocidades. Los sistemas hidráulicos anteriormente mencionados no requieren de sistemas de tanques de almacenamiento ni red hidráulica de distribución en la parte superior de los edificios (evitando problemas de humedades por fugas en la red)
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.
El diseño del sistema debe considerar un tiempo mínimo entre los encendidos de las bombas conforme a sus especificaciones, un nivel de presión (Pmín) conforme al requerimiento de presión de la instalación y un Pmáx, que sea tolerable por la instalación y proporcione una buena calidad de servicio.
Generalmente la ingeniería de los proyectos considera un diferencial de presión de 10 mca, lo que puede resultar exagerado, ya que en el peor de los casos la presión varía permanentemente entre 5 y 15 mca, estas variaciones en la presión del caudal son apreciadas por los usuarios. Asimismo, el sistema de calentamiento de agua variará su temperatura en función del caudal. En efecto, el caudal de 15 mca es un 35% superior al que se tiene, si la presión es de 5 mca. Una instalación con sistema hidroneumático, calculado según lo anterior, consumirá un 18 % más de agua por el hecho de tener que aumentar la presión sobre el mínimo, este aumento conlleva a una pérdida de energía importante.
Mientras mayor sea el diferencial de presión y menor el tiempo entre partidas de los motores, más pequeña resulta la capacidad del estanque de presión.
Las bombas estarán funcionando entre dos puntos de operación de presión y por consiguiente de caudal, por lo que, al no ser un punto único, no podrá estar permanentemente en su punto óptimo de eficiencia.
El reglamento de Instalaciones Sanitarias obliga a que la capacidad de las bombas sea un 125% del gasto máximo probable a la presión mínima requerida para el sistema, a fin de asegurar abastecer la demanda máxima al mismo tiempo que se llena el estanque de presión.
¿CÓMO SE IMPLEMENTARÍA EL SISTEMA HIDRONEUMÁTICO?
Como principio un sistema Hidroneumático está diseñado para ser una opción eficiente y versátil, con grandes ventajas frente a otros sistemas; este sistema evita construir tanques elevados, colocando un sistema de tanques parcialmente llenos con aire a presión.
Esto hace que la red hidráulica mantenga una presión excelente, mejorando el funcionamiento de lavadoras, filtros, regaderas, llenado rápido de depósitos en excusado, operaciones de fluxómetros, riego por aspersión, entre otros; demostrando así la importancia de estos sistemas en diferentes áreas de aplicación.
Así mismo evita la acumulación de sarro en tuberías por flujo a bajas velocidades.
Este sistema no requiere tanques ni red hidráulica de distribución en las azoteas de los edificios (evitando problemas de humedades por fugas en la red)
¿Qué aspectos relevantes se deben tener en cuenta para dar solución al caso de estudio?
Es importante tener en cuentas el cálculo de las presiones de tal manera que el sistema este equilibrado, esto me permite tener un control en las presiones del sistema, ya sea en las líneas o en los recipientes de mezclado, los elementos de control para poder ejercer el control deseado sobre el sistema, el conexionado hidráulico y los elementos de visualización del sistema
Para implementar nuestro sistema tendríamos en cuenta lo siguiente:
- Un tanque de presión: Consta de un orificio de entrada y uno de salida para el Fluido
- Un número de bombas acorde con las exigencias de la red.
- 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.
- Llaves de paso entre la bomba y el equipo hidroneumático; entre este y el sistema de distribución. Manómetro.
- Válvulas de seguridad.
- Dispositivo para control automático de la relación aire/agua.
- 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.
- Tablero de potencia y control de motores.
- 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.
Para la determinación o cálculo de nuestro sistema tendríamos en cuenta:
- Calculo de caudal a manejar debido a que es muy importante tener presente el flujo que se debe mantener en el sistema.
- Determinar diámetros de tuberías esto para saber la velocidad aproximada del sistema.
- Determinar las cargas dentro del sistema es decir que carga debe soportar las tuberías que ser instaladas dentro del sistema y por consiguiente perdidas de presión.
- Determinar perdidas de presión en válvulas y conectores en el sistema teniendo en cuenta que cualquier obstáculo en la tubería cambia la dirección de la corriente en forma total o parcial esto altera las características de flujo y ocasiona turbulencia
- Determinar la presión residual es aquella presión óptima la cual debe vencer el sistema de bombeo para poder mandar el fluido hasta un punto deseado el cual es considerado hidráulicamente como el más desfavorable
- Determinar carga dinámica total de bombeo que es la que tiene en cuenta todos los obstáculos que tenga la tubería con el líquido impulsado por una maquina se expresa en metro columna
- Dimensiones de la bomba esto conlleva a tener en cuenta las presiones del sistema ya sean máximo o mínimo.
Link presentación:
https://prezi.com/kpbuvnkqebeg/sistemas-hidroneumaticos/?utm_campaign=share&utm_medium=copy
Video Presentación:
Funcionamiento Fluidsim
CONCLUSIONES
La implementación de sistemas hidroneumáticos han resultado ser una solución eficiente a los problemas de abastecimiento de agua, apareciendo como una alternativa eficiente al suministro de agua por gravedad.
La identificación de los componentes de los sistemas hidroneumáticos y el conocimiento de software de simulación son de vital importancia en el correcto desarrollo de este curso.
Al reconocer las similitudes y diferencias de los sistemas hidroneumáticos de la industria y el hogar, tenemos herramientas de base para visualizar la solución correcta a los problemas que puedan ser propuestos.
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.
BIBLIOGRÁFICAS
Rodríguez, N. (2016) Introducción a los sistemas Hidroneumáticos [OVI]. Recuperado de: http://hdl.handle.net/10596/9805
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