lunes, 23 de junio de 2008

Diseño de Sistemas Hidroneumaticos

Diseño de un Sistema Hidroneumático


Introducción:

Continuando con la investigación y estudios realizados en los blogs anteriores relacionados al tema de Sistemas Hidroneumaticos (Vease: http://imois016.blogspot.com/).


En dichos estudios se establece, la capacidad de un hidroneumatico para un edificio de 4 plantas, 8 apartamentos por planta, tomando en cuenta que por cada apartamento viven un 5 personas y la dotación para cada persona es de 400 Lts/Pers./Día. calculando un Q total de todas las personas que habitan.





La información que se va a suiministrar, tomando en cuenta estos datos, en un horizonte de 10 años, el terreno va a crecer a un determinado número de habitantes en la población, se necesita saber el Q definitivo y cuantos equipos hidroneumaticos se requieren.






Resumen:

¿Que son Hidroneumáticos?


Los equipos hidroneumáticos sirven para mantener la presión constante en las tuberías de aguas blancas, dentro de una casa, oficina y planta purificadora de agua. Estos aparatos permiten que el agua salga a la presión y flujo adecuado, sin importar lo retirado que estén los diferentes puntos de agua de la entrada principal del inmueble. consta de cinco partes principales:



  • Almacenamiento de agua bruta

  • Captación

  • Tratamiento

  • Almacenamiento de agua tratada

  • Red de distribución.


El tipo precargado (con membrana) tiene numerosas ventajas sobre los tanques tradicionales. No requieren mantenimiento, porque el agua y el aire no están en contacto. Se encuentran separados por una membrana. No necesitan un compresor o supercargador. Son higiénicos y resistentes (no tienen problemas de corrosión u oxidación).

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 y 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 instalación y un Pmáx, que sea tolerable por la instalación y proporcione una buen calidad de servicio.



Las Bombas:
Cuando se selecciona el tipo o tamaño de bomba, se debe tener en cuenta que la bomba por si s
ola debe ser capaz de abastecer la demanda máxima dentro de los rangos de presiones y caudales, existiendo siempre una bomba adicional para alternancia con la (o las) otra (u otras) y cubrir entre todas, por lo menos el 140% de la demanda máxima probable. Además debe trabajar por lo menos contra una carga igual a la presión máxima del tanque.Cuando se dimensiona un tanque se debe considerar la frecuencia del número de arranques del motor en la bomba, llamados Ciclos de Bombeo. Si el tanque es demasiado pequeño, la demanda de distribución normal extraerá el agua útil del tanque rápidamente y los arranques de las bombas serán demasiado frecuentes, lo que causaría una desgaste innecesario de la bomba y un consumo excesivo de potencia.


Calculos:

1.- Rata de Crecimiento Variable



  • Encontrar La población y la tasa de crecimiento:

En la representación algebraica del modelo matemático para un Crecimiento Poblacional Compuesto con tasa cambiante se tiene que Pt = Pt-1( 1 + rt-1 ). Esta representación será utilizada en la solución para los diez años. El procedimiento es el siguiente:


Datos:


Año Inicial = 2008


Población Inicial (Po) = 160 personas.


R = Tasa Inicial (estimada) = 7.30 %


b = Cambio en la tasa anual (estimada) = 17 %


Tiempo = 10 años


La población después de un año ( P1) es la población inicial ( P0 = 160 pers.) más el aumento de población producido durante el año. El aumento producido durante el primer año es el producto de multiplicar la población inicial ( P0 = 160 pers.) por la tasa del año expresada en decimales (r0 = 0.073).


P1 = P0 + P0*r0 sacando P0 de factor común queda la ecuación,


P1 = P0 ( 1 + r0) ésta es la representación algebraica del modelo para el primer año. Al sustituir los valores de P0 y r0 queda la ecuación,


P1 = 160 (1 + 0.073 )


P1 = 160 ( 1.073 )


P1 = 172 pers. (primer año)


Segundo año (2009)

Para obtener la población después de dos años primero necesitamos sacar la tasa después de un año. La tasa después de un año (R1) es.

R1 = R0 (1 + b) sustituyendo R0 y b por sus respectivos valores se tiene que,

R1 = 7.3 (1 + .17)

R1 = 7.3 (1.17)

R1 = 8.541%

La tasa después de un año es de 8.541%

Se procede a calcular la población y la tasa de cada año de la misma manera hasta llegar al año 2018 (P10), donde se obtiene la poblaciñon final y el valor K (población de habitantes) para realizar los calculos necesarios para el caudal medio del hidroneumatico. En resumen los valores obtenidos son los siguientes:


P10 = 718 pers. ; y la tasa para el calculo fue R9 = 30%


En este caso se ven claramente los beneficios de utilizar la hoja de cálculo . Para resolver el problema en forma manual se tendría que hacer año por año, lo cual es un proceso muy largo. En Excel el caso puede ser resuelto en forma muy sencilla.

Para generar la siguiente tabla se utilizan las ecuaciones:


Representación algebraica del modelo para encontrar la población: ............. Pt = Pt-1 (1+ rt ) y Representación algebraica del modelo para encontrar la tasa: ..................... Rt = Rt-1 (1+ b )

TABLA EN EXCEL
(Ejemplo)


Las acciones que se usaron para generar la tabla anterior son:
Vaciar la información de los datos del problema en los renglones del 1 al 5.
En la celda B9 teclear =B1
En la celda B10 teclear =B9+1 y llenar hacia abajo ( Fill Down )
En la celda C9 teclear =B2
En la celda D9 teclear =B3
En la celda C10 teclear =C9*(1+D9) y llenar hacia abajo ( Fill Down )
En la celda D10 teclear =D9 + D9*$B$4 y llenar hacia abajo ( Fill Down )

Nota: Si en la celda D10 se teclea D9*(1+$B$4) se tendrá el mismo valor de la tasa, pero expresado en decimales.

2.-El consumo medio diario Qmd, es el caudal medio calculado para la población proyectada con sus ajustes y la dotación bruta, expresado en l/s:
Datos:
Qm= (K x D) / 86400

Donde:
K= Poblacion dehabitantes = 718 Pers.
D= Dotacion lts/habi/dia = 400 lts/habi/dia

Qm = (718 pers. * 400 Lts/pers../día) / 86400

Qm = 3.32

3.- Una ves obtenido los resultados se procede a escoger los diferentes equipos hidroneumaticos segun su tipo, bien sean hidroneumaticos con bombas (residenciales, viviendas unifamiliares, comerciales o industriales). Ejmplo:

  • Para este caso se necesitan al menos 4 edificios iguales con las mismas condiciones de pisos y apartamentos, donde se instalaran los equipos necesarios para cumplir con el sistema de hidroneumaticos, estos equipos pueden ser:

Presurizadores individuales con una bomba y un tanque de presión precargado
Hidroneumaticos con bombas espa

Los grupos de presion han sido diseñados para el suministro automatico de agua bajo presión a una o varias viviendas.

Aplicaciones

  • Especialmente diseñadas para trabajar con aguas limpias.
  • Riego.
  • Todas las aplicaciones que requieran agua a presíón para hogar, hoteles, industria, riego, etc.

Descripción:
Consiste en un sistema hidroneumático completo en forma de "paquete" que proporciona agua a presión constante en toda la red hidráulica de la casa. Esta diseñado espacialmente para uso residencial y comercial. Fabricado con alta calidad para lograr una excelente operación durante muchos años sin problemas de mantenimiento.

La bomba, el tanque precargado, la base de acero, el switch de presión, el manómetro, y conexiones.
Todo armado y listo para instalarse.

Características:
Operación hidráulica eficiente: debido a la corta longitud de la succión.
Bomba muy silenciosa y eficiente, construida en acero inoxidable.
Ideal para trabajo continuo.
Resistente base de acero (diseño propio), que soporta el tanque y protege la bomba, sometida a proceso de "Tropicalizado" anticorrosivo y pintura horneada.