Universidad Nacional Abierta y a Distancia UNAD
Sistemas Hidroneumáticos
Tutor ing Juan Carlos Bustos
Integrantes:
Integrantes:
Víctor Manuel Montaño C
Willian Jatuin Guerra
Diego Fernando Rodríguez
Vladimir Paredes
Ana Isabel Núñez
La función de 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.
Bombas Centrífugas:
La parte más importante del sistema, estas son las responsables de abastecer el agua, pueden ser horizontales, verticales, sumergibles, autocebantes, turbinas. La selección de la bomba dependerá principalmente de estos 3 puntos:
La parte más importante del sistema, estas son las responsables de abastecer el agua, pueden ser horizontales, verticales, sumergibles, autocebantes, turbinas. La selección de la bomba dependerá principalmente de estos 3 puntos:
1.- De donde se tomará el agua, ya sea de una cisterna o un tanque elevado.
2.- La cantidad de flujo y presión.
3.- Espacio disponible para instalación.
Control:
Su función es la de encender las bombas y proteger los motores, hacer alternado y/o simultaneo entre ellas según sea nuestra necesidad. Pueden ser de velocidad constante o velocidad variable, existen algunos muy sencillos que operan mediante un switch de presión o manual, y también están los complejos, que utilizan un display touch screen, transmisores de presión, protocolo de comunicación BMS, según sea la aplicación.
Su función es la de encender las bombas y proteger los motores, hacer alternado y/o simultaneo entre ellas según sea nuestra necesidad. Pueden ser de velocidad constante o velocidad variable, existen algunos muy sencillos que operan mediante un switch de presión o manual, y también están los complejos, que utilizan un display touch screen, transmisores de presión, protocolo de comunicación BMS, según sea la aplicación.
VFD (Variadores de Frecuencia)
Son los encargados de controlar el encendido y apagado, así como la modulación de la velocidad en el motor. Estos están tomando gran importancia por el ahorro de energía eléctrica, lo que muchas veces nos da como resultado un retorno de la inversión de 2 a 3 años, dependiendo de la capacidad (potencia HP).
Son los encargados de controlar el encendido y apagado, así como la modulación de la velocidad en el motor. Estos están tomando gran importancia por el ahorro de energía eléctrica, lo que muchas veces nos da como resultado un retorno de la inversión de 2 a 3 años, dependiendo de la capacidad (potencia HP).
Tanque hidroneumático:
Su función básica es mantener la tubería presurizada cuando las bombas están apagadas. Contrario a la idea de que los tanques sirven como almacenamiento de agua su verdadera función es permitir automatizar el funcionamiento de las bombas. Dentro del tanque existe un espacio con aire y otro con agua, de aquí el término “hidroneumático” (agua-aire).
Su función básica es mantener la tubería presurizada cuando las bombas están apagadas. Contrario a la idea de que los tanques sirven como almacenamiento de agua su verdadera función es permitir automatizar el funcionamiento de las bombas. Dentro del tanque existe un espacio con aire y otro con agua, de aquí el término “hidroneumático” (agua-aire).
Instrumentación:
Switch de presión, flotadores tipo pera, transmisor de presión, switch de flujo, manómetros entre otros, son los más utilizados para realizar un correcto control y/o monitoreo en los sistemas hidroneumáticos.
Switch de presión, flotadores tipo pera, transmisor de presión, switch de flujo, manómetros entre otros, son los más utilizados para realizar un correcto control y/o monitoreo en los sistemas hidroneumáticos.
Cabezal de Descarga:
Interconecta 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.
Interconecta 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.
Válvulas y Conexiones de Descarga:
Cada bomba tiene un juego de bridas que permite su desconexión y conexión, una válvula check para evitar recirculacuón de agua y una válvula de bola para mantenimiento.
Caso de Estudio
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.
Descripción y justificación de elementos usados
1 tanque hidroneumático con membrana al
menos de 24 litros
Este tanque se requiere para mantener
el sistema presionado y usar la bomba la menor cantidad de veces posible
durante la operación normal del sistema
1 bomba centrífuga de al menos ½ hp o
373w/h
Se puede usar una bomba más pequeña
pero con una bomba de esta potencia el sistema carga rápidamente
1 válvula de alivio al sistema
La válvula de alivio es importante para
proteger el sistema y debe estar calibrado levemente por encima dela presión
máxima del sistema
5 válvulas automáticas on - off
Estas son las válvulas con las cuales
se controlara el llenado de cada tanque controladas por el tablero de control
1 presostato
El presostato es el encargado de apagar
y prender la bomba del sistema, ajustando la presión máxima y la presión mínima
en que operara el sistema
1 tablero de control que contenga:
- Manómetro de presión del sistema.
Para que se tenga control de la presión
se debe contar con un manómetro de presión que nos indique las condiciones en
que se encuentra en cada momento de su operación.
Piloto indicador del estado de la bomba
Las indicaciones en el tablero nos ayudan
a saber cómo está la bomba
Interruptor
del sistema o totalizador
Con este interruptor se puede iniciar y
parar el sistema en caso de requerir bloquear el sistema para mantenimiento o
parada de planta
Componentes de fuerza y control
En la parte de fuerza se debe contar
con las protecciones de los equipos breker y relé térmicos o guarda motores, en
la parte de control se puede instalar un pequeño P.L.C logo o hacer el control alambrado.
Swiche de nivel
Estos swiches son los encargados de
indicarle al sistema cuando se llena cada tanque para darle permiso al que
sigue en la secuencia previamente definida por la planta de procesos.
Tubería para el montaje del sistema
La tubería para transportar el agua desde
el tanque hidrostático hasta los tanques de preparación delos químicos, esta
tubería por la distancia se recomienda en ½ pulgada para evitar pérdidas y en
P.V.C, se puede utilizar bridas para el montaje de las válvulas para facilitar
el mantenimiento de los equipos.
UNIDAD 2 - COMPONENTES DE LOS SISTEMAS HIDRONEUMÁTICOS
DIEGO FERNANDO RODRIGUEZ MAPALLO Cód. 94405140
VÍCTOR MANUEL MONTAÑO Cód. 94483036
WILLIAM
JATUIN GUERRA Cód. 94044152
VLADIMIR
PAREDES Cód. 94332087
ANA ISABEL
NUÑEZ Cód 38641955
CÓDIGO: 94405140
GRUPO
243011_5
TUTOR
JUAN CARLOS BUSTOS
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD
ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E
SISTEMAS HIDRONEUMÁTICOS 243011A_474
CEAD PALMIRA
2018
TABLA DE CONTENIDO
INTRODUCCIÓN.......................................................................................3
RESUMEN.................................................................................................4
OBJETIVOS...............................................................................................6
MARCO METODOLÓGICO.......................................................................7
CÁLCULO DE RED DE DISTRIBUCIÓN............................................... .35
CONCLUSIONES.............................................................................. ......41
RECOMENDACIONES...................................................................... ......42
BIBLIOGRAFÍA.........................................................................................43
INTRODUCCIÓN
El
actual trabajo tiene como prioridad conocer los diversos conceptos de la unidad
dos 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.
Con este estudio se busca automatizar una cierta
parte del proceso de la empresa de plásticos (plasticol s.a.). La
problemática a resolver busca desarrollar un proyecto que posibilite
obtener un sistema presurizado de agua, tal que sea capaz de llevar este
líquido a los tanques de almacenamiento que se encuentran a gran distancia
(580) metros, en donde se desea desarrollar un sistema hidroneumático que pueda
suplir esta necesidad por una bomba en este caso. El objeto de estudio
busca automatizar cada paso mediante la implementación de los sistemas
hidroneumáticos iniciando con la formulación de un diagrama de tecnología.
RESUMEN
Este
informe tiene como objetivo fundamental, presentar una breve información sobre
las lecturas recomendadas de la unidad dos del curso sistemas hidroneumáticos
además de conocer el funcionamiento de cada uno de los elementos para un
sistema hidroneumático para la aplicación de conceptos del caso estudio.
Después de conocer los elementos principales
dispuestos para el funcionamiento del sistema, justificamos dichos elementos
para aplicarlos al problema planteado. Se evalúa también los componentes
eléctricos y de control para garantizar la operación y protección de sus
componentes.
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.
Estructuralmente se tienen cuatro (4) tanques: El
primero con agua potable del depósito, el segundo acondicionado con un agitador
del agua, el tercer tanque donde se realiza un filtrado y un último tanque
donde se almacena el líquido ya para ser entregado al cliente final. Además, se
cuenta con tres válvulas (a, b y c) que comunican entre sí estos tanques.
En este informe se presenta de una manera general y
a través de un diagrama tecnológico la manera de como automatizar esta parte de
la empresa de plásticos (plásticol s.a.). En el cual se espera
contar con un PLC para el manejo de entradas y salidas, temporizadores, etc. un
PC para hacer la interfaces con PLC y actuadores
Por lo
anterior este documento pretende plantear la solución a un problema consistente
en automatizar una empresa de plásticos (plásticol s.a.), aplicando los conocimientos
adquiridos en los semestres anteriores y sobre todo en la primera unidad del
curso de sistemas hidroneumáticos de la universidad nacional abierta y a
distancia.
OBJETIVOS
·
Comprende e interpreta un sistema
hidroneumático desde sus propósitos hasta su aplicabilidad, 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.
·
Consultar las características y
aplicaciones de los siguientes elementos de un sistema hidroneumático
ü
Tanque hidroneumático
ü Funcionamiento
de una bomba centrifuga
ü Cabezales
de descarga bridadas
ü Tableros
de control e indicadores
ü Conexiones hidráulicas
ü Tuberías equivalentes y sifones
ü Calculo
de la red de distribución
MARCO METODOLÓGICO
Para ésta actividad denominada fase 2. Y tratando de tener
una ilación con la actividad número 1, continuamos con el desarrollo del
sistema hidroneumático como lo requiere el caso de estudio (PLÁSTICOL
S.A) según el requerimiento de la empresa, nuestro sistema debe de
contar con un tanque el en donde se almacene el producto químico que se
enviará por los tubos a cada uno de los tanques.
Nuestro sistema debe contar con una bomba centrífuga que se encarga de
tomar el líquido del tanque principal y llevarlo a cada uno los cinco de
tanques de mezcla, este motor estará controlado por vareador el
cual funcionara de acuerdo del nivel del tanque principal y la presión de la
red.
Miremos la condición del nivel del tanque principal, el tanque
tendrá dos sensores que mi indicaran el estado del tanque, esta señal ira al
vareador el cual dará la orden de marcha una vez evaluada estas dos condiciones
de nivel, por otro lado tenemos el control en función de la presión de la red,
para éste caso tomaremos la señal eléctrica de un transmisor de presión el cual
entregara una señal proporcional en corriente en función de la presión de la
red, esta señal análoga es llevada la variador y será convertida en frecuencia
de salida para el motor, aumentando su velocidad o por el contraria
disminuyendo, de esta manera garantizamos una presión constante en la red de
alimentación.
El sistema debe de contar con una válvula (antirretorno) check que como
su nombre lo indica evita un flujo contrario, esto garantiza que no haya un
retorno en caso de que el motor de la bomba se detenga por algún motivo, en la
misma línea principal también se debe de montar una válvula de alivio
en caso de que se presente una excesiva presión en la tubería
que pueda causar daños en la infraestructura o representar un
riesgo para el personal operativo.
Hablemos del llenado de cada uno de los tanques, cada uno de estos
estará dotado de sensores de nivel (digital) o presostato como mejor convenga,
esta señal se usara para la apertura y cierre de la válvula de admisión
de cada uno de los tanques de mezcla, como el requerimiento dice
que cada tanque se debe de llenar consecutivamente para evitar sobre
presiones en la línea, esta señale de nivel del tanque se usará para
habilitar el llenado del segundo tanque (control en cascada).
Las válvulas de admisión o alimentación de cada tanque
estará controlados por electroválvulas neumáticas, que para este caso
funcionaran bástate bien una tipo monoestable 5/2
Todo este control de presión de la red de suministro lo hace
directamente el vareador de velocidad, también podemos contemplar la
posibilidad de usar un tanque a presión, en ese caso el tanque principal
estará presurizado y alimentado directamente por una bomba centrifuga,
esta bomba funcionara según la señal tanto de nivel como de presión, el apagado
por presión lo gobernara un prosostato instalado en el tanque y
funcionara según las límites de operación, es importante que el nivel del
tanque se medido e implementado en la estrategia de control.
Es de resaltar que el sistema Debe de contar con su respectivo
manómetro, válvula de drenaje del tanque, válvula de alivio de presión.
Los
Sistemas Hidroneumáticos
Se
basan en el principio de compresibilidad o elasticidad del aire cuando es
sometido a presión.
Las partes de un sistema hidroneumático
son:
Bomba Centrifuga: Es la maquina responsable de
brindar al agua la presión necesaria. Depende del lugar donde se tome el agua,
de la cantidad de flujo y presión a entregar y del espacio disponible.
1. Control: Cumple
la función de encender la bomba cuando es necesario. Existen distintos modelos.
Manuales, con display touch screen, transmisores de presión, entre otros.
2. VFD (variadores de frecuencia): Controlan
la velocidad del motor. Son muy utilizados hoy en día debido al gran ahorro
energético que ocasionan.
3. Tanque
hidroneumatico: mantiene la tubería a presión constante
cuando la bomba esta apagada. Permiten la automatización del funcionamiento de
las bombas.
4. Instrumentación: Esto
incluye switch de presión, switch de flujo, flotadores, medidores de
presión (manómetro) que permiten un buen control de todo el sistema
hidroneumático.
5. Cabezal
de descarga: Se encarga de conectar en paralelo la
bomba con el tanque
6. Válvulas
de conexión y
descarga: Permiten la conexión y desconexión del sistema y
también evitan la recirculación del agua.
ventajas de un sistema Hidroneumático
·
Se puede regular la presión a voluntad.
·
Se mantiene una reserva de agua presurizada para
utilizar en caso de cortes de energía.
·
Brinda una excelente presión en
todos los puntos de usos mejorando el rendimiento de dispositivos que utilizan
el agua como ser lavarropas, lavavajillas.
·
No requiere de tanques en
los techos, lo que sobrecarga la estructura.
·
No hay tanques abiertos en
contacto con el exterior, por lo que son totalmente higiénicos.
desventajas de un sistema Hidroneumático
No se conocen muchas desventajas de este sistema ya que fue hecho
lo mas preciso posible para que compita con los otros sistemas. Sin embargo
alguna de las desventajas son:
·
Para su funcionamiento necesitan de energía
eléctrica, la cual es una energía cara y el sistema puede quedar desabastecido
de esta.
·
Es un sistema costoso al momento de realizar la instalación. (Cómo funciona un-sistema hidroneumático, 2018)
Neumática y aire Comprimido
El término neumática proviene de la palabra griega Pneuma,
que significa «aliento» o «soplo».
La neumática es la técnica que estudia los movimientos y
procesos del aire a presión, depresión o vacío.
El aire comprimido es una de las formas de energía más antiguas
que conoce el hombre. A lo largo de la historia lo ha aprovechado para reforzar
sus recursos físicos. Ya hace siglos existían algunas aplicaciones en la
minería y en los ferrocarriles, como los martillos perforadores y los frenos de
aire comprimido.
Hasta el siglo pasado no empezaron a investigarse y
definirse las reglas de la neumática. A partir del año 1950 se comenzó a tratar
el aire comprimido como la aplicación industrial de la neumática.
La aplicación generalizada de la neumática en la industria
se inició con la automatización y racionalización en los procesos de
fabricación. En sus inicios esta técnica fue rechazada debido a falta de
conocimiento y de formación.
Un circuito básico de neumática está formado por los siguientes
componentes:
·
Compresor
·
Calderin
·
Canalizadores
·
Unidad de Mantenimiento
·
Toma de Presión
·
Manguera con enchufe Rápido
·
Actuador
Propiedades del aire
Comprimido
Emplear el aire comprimido como fuente de energía es más costoso
que emplear la energía eléctrica de la red. No obstante, el aire comprimido es
una fuente de energía recomendable y muy empleada en los talleres de
fabricación y reparación de vehículos.
·
Es barato y es utilizado en cantidades ilimitadas.
·
No es necesario sustituir ni reciclar.
·
Se transporta con facilidad
por las tuberías y, una vez empleado, se puede expulsar al exterior sin
necesidad de tuberías de retorno. Esta circunstancia simplifica los circuitos.
·
El aire comprimido se puede
almacenar en calderines. Un circuito que disponga de un calderín con aire comprimido
puede funcionar un tiempo con el compresor parado o averiado.
·
Es menos sensible a las
variaciones de temperatura que los aceites, garantizando un trabajo seguro
incluso a temperaturas extremas. – No tiene ningún riesgo de incendio, por
tanto no es necesario disponer de instalaciones antideflagrantes.
·
Es limpio y, en caso de
fugas o falta de estanqueidad en los componentes, no ensucia, no contamina y no
provoca averías en el vehículo.
·
Los componentes neumáticos son
más sencillos de fabricar y tienen un menor coste económico que el mismo
componente empleado en un circuito hidráulico.
Desventajas del aire Comprimido
Antes de emplear el aire comprimido es necesario limpiarlo bien
de las partículas abrasivas, impurezas y humedad que pueda tener en suspensión.
Las partículas deterioran los componentes y el agua provoca la oxidación de las
piezas aceradas.
Los circuitos neumáticos no son adecuados para realizar
circuitos que trabajen con mucha precisión en los desplazamientos. Con aire
comprimido no es posible obtener velocidades uniformes y constantes.
El aire comprimido se emplea para realizar esfuerzos
medios, condicionado por la presión de tarado (6 a 8 bar). Para realizar
grandes esfuerzos sería necesario fabricar cilindros con émbolos de gran diámetro.
El escape de aire produce ruidos molestos. Este problema se ha
resuelto en gran parte gracias al desarrollo de materiales insonorizantes y
silenciadores.
Cuando el compresor lleva muchas horas trabajando, el
aceite de engrase puede mezclarse con el aire comprimido y ser expulsado de la
instalación.
Compresores o generadores de
aire Comprimido
El compresor es el primer elemento de los circuitos
neumáticos. Se trata del conjunto mecánico que se encarga de impulsar o aspirar
el aire atmosférico para comprimirlo y conseguir aumentar su presión.
Sin compresor y sin aire comprimido no hay circuito neumático.
Las características principales del compresor son:
·
El caudal que es capaz de
proporcionar en el circuito. Su unidad de medida es el metro cúbico por hora
(m3/h).
·
La presión máxima
que puede suministrar. Su unidad de medida es el bar (bar). Los compresores
pueden conectarse en los circuitos y realizar su misión del siguiente modo:
·
Alimentando directamente
el circuito neumático y aumentando la presión en la salida del aire
(turbocompresor). De esta forma trabajan con bajas presiones (0,5 a 2 bar) y de
forma continua; el compresor no para de girar.
·
Almacenando el aire
comprimido en recipientes o acumuladores, llamados calderines, desde los que se
abastece al circuito. El compresor trabaja con presiones medias y altas (6 a 12
bar) de forma intermitente y se para al llegar a la presión de tarado. Una vez
que llega a la presión de conexión del presostato vuelve a conectarse.
Compresor de pistones
El compresor de pistones o émbolo es el modelo de compresor más
empleado en los equipos estacionarios. El compresor de pistones tiene una
constitución similar al de un motor de combustión y funciona realizando dos
etapas o tiempos, el tiempo de admisión y el tiempo de compresión.
Compresor de Membrana
Los compresores de membrana son compresores alternativos y
funcionan de manera similar a los compresores de pistón. La diferencia es el
sistema de cierre hermético, que en los compresores de pistón lo realizan los
segmentos y en los de membrana se realiza con la membrana elástica.
Compresores rotativos
Los compresores rotativos generan la presión mediante el giro de
un rotor u otro elemento que, en su rotación, consigue aspirar el aire exterior
y comprimirlo. El funcionamiento de estos compresores es silencioso y puede
aportar un caudal continuo y sin sacudidas. La presión que se puede alcanzar en
una sola etapa puede llegar a los 4 bar, y los montados en dos etapas, a los 8
bar.
Compresor rotativo con aletas
El compresor dispone de un rotor provisto de aletas que se
deslizan en el interior de las ranuras formando las cámaras con la camisa
excéntrica del cárter. Cuando el rotor gira, las aletas son oprimidas por la
fuerza centrífuga contra la pared del cárter y, debido a su excentricidad, el
volumen de las cámaras se reduce y el aire se comprime.
Compresor de lóbulos Roots
Los compresores de lóbulos Roots trabajan sin sellado interno
entre los lóbulos. La presión se logra por generación contra resistencia.
Este sistema no consigue grandes presiones. Los dos lóbulos
giran de forma sincronizada con un mínimo rozamiento y no necesitan
lubricación.
Compresor axial
En los compresores axiales el aire es aspirado por los álabes de
la turbina en su giro y es impulsado para su salida por un difusor o
estrechamiento
Los compresores axiales consiguen mucho caudal de aire y baja
presión. Para conseguir elevar la presión es necesario disponer de varias
turbinas en serie. Los turbocompresores en los motores son compresores axiales
con dos turbinas unidas por un mismo eje de giro. La turbina del colector de
admisión impulsa el aire comprimiéndolo; la otra turbina está colocada en el
colector de escape y es impulsada por los gases.
Compresor de tornillo
Los compresores de tornillo disponen de dos tornillos
helicoidales que engranan con sus perfiles cóncavo y convexo. Trabajan por el
principio de desplazamiento y generan un caudal continuo. Se diseñan para
funcionar sin lubricación; ideales para conseguir aire comprimido exento de
aceite. Los compresores de tornillo son de bajo mantenimiento, no tienen
válvulas y permiten un funcionamiento silencioso y pueden funcionar a gran
número de revoluciones.
Compresor rotativo de uña
Los compresores de uña son compresores de última generación
diseñados para obtener aire a presión sin contaminar por aceite. Se
caracterizan por la baja sonoridad, con menos de 75 dB.
El principio de funcionamiento de los compresores
rotativos de uña es similar al compresor de tornillo. El compresor dispone de
dos rotores sincronizados en el giro con un perfil especial. En su posición
inicial los rotores aspiran el aire por los orificios de entrada y en el
movimiento de giro comprimen el aire hasta la lumbrera de salida.
Sistemas
de Control de Tanque Hidroneumáticos
Un tanque
hidroneumático contiene aire y agua bajo presión. No tiene vejiga y el aire
tiene contacto directo con el agua. El aire comprimido sirve como un cojín para
ejercitar o absorber presión. Este tipo de tanque sirve tres funciones
principales:
1.
Entregar el agua según un rango de presión seleccionada para que la bomba de
agua no corre sin parar.
2.
Prevenir que una bomba no empieza de nuevo cada vez que el sistema de
distribución haga una pedida menor de agua.
3.
Reducir al mínimo los golpes de ariete.
Bombas
para pozos y bombas de refuerzo trabajan en función con los tanques de presión
para mantener una variación de presión consistente en el sistema. El tanque de
presión mantiene el rango de ciclo de bombeo requerido para evitar que se
sobrecaliente el motor de la bomba y produce una falla prematura del motor.
Los
tanques hidroneumáticos funcionan mejor con un colchón de aire de ¼ a ½ la
capacidad del tanque. Este colchón disminuye mientras el agua absorbe aire y el
tanque pierde su capacidad de presurizar el sistema. Para evitar que pierda su
capacidad de presurizar el sistema, debe haber un sistema automático para
rellenar el volumen de aire. La adición de aire de forma manual no es la mejor
manera para asegurar el funcionamiento proprio a largo plazo (Vea página 2 para
ejemplos de cómo agregar aire).
Cuando
el ciclo del motor se enciende y apaga con demasiada frecuencia (más de 6 veces
en una hora), el tanque de presión se ha vuelto anegado. Esto resulta en:
•
Mayores costos de energía. Hace falta mucha electricidad para encender un motor
de bomba y sostenerlo funcionando a toda velocidad.
•
Eficiencia. Mientras más profundo el pozo, más tiempo tarda la bomba en
transportar el agua arriba y afuera del sistema. Una bomba de pozo puede ciclar
tanto que solamente una pequeña cantidad de agua llegará al sistema antes de
apagar otra vez.
• La
falla de equipo. El encender y apagar con frecuencia puede sobrecalentar la
bomba y resultar en la falla prematura del motor.
Existes
dos tipos de tanques hidroneumáticos
El tanque con membrana
Este
tipo de tanque cuenta con una membrana interna que tiene un tamaño inferior al
diámetro del tanque, cuando la presión del agua impulsada por una bomba inicia
el llenado del tanque, la membrana se expande y comprime el aire dentro del
tanque, cuando el presostato alcanza la presión calibrada de trabajo conocida
como la presión máxima, la bomba se apaga.
Cuando
hay consumo en el sistema la membrana y el aire comprimido dentro del tanque
impulsan el agua sin que la bomba prenda hasta que la presión llega a la mínima
y es en este momento que la bomba inicia nuevamente el ciclo de llenado del
tanque hasta alcanzar la presión máxima nuevamente.
En
este tipo de tanque el aire nunca está en contacto con el agua, lo que evita la
contaminación del agua y riesgos para la salud de los usuarios.
El tanque sin membrana
En
este tipo de tanque no se cuenta con una membrana interna y para suplir su
empuje se debe instalar un compresor para presurizar el agua dentro del tanque
hasta la presión de trabajo “presión máxima”.
En
este tipo de tanques se cuenta con más instrumentación ya que es necesario
medir el nivel del agua para dejar espacio al aire, por seguridad válvulas de
alivio y el presostato para apagar el compresor cuando se alcanza la presión
máxima de trabajo, estos sistemas normalmente tienen aplicaciones industriales
grandes que requieren grandes volúmenes de agua al mismo tiempo.
Un inconveniente con este sistema es que el
aire está en contacto directo con el agua y si el compresor tiene problemas es
muy posible que se nos contamine el agua y no sea apta para el consumo humano.
Bombas
centrífugas.
La bomba centrífuga, también denominada bomba rotodinámica, es actualmente la máquina más utilizada para
bombear líquidos en general. Las bombas centrífugas son siempre rotativas y son
un tipo de bomba hidráulica que
transforma la energía mecánica de
un impulsor en energía cinética o de presión de un fluido incompresible.
El fluido entra por el centro del rodete o
impulsor, que dispone de unos álabes para conducir el fluido, y por
efecto de la fuerza centrífuga es
impulsado hacia el exterior, donde es recogido por la carcasa o
cuerpo de la bomba. Debido a la geometría del cuerpo, el fluido es conducido
hacia las tuberías de salida o hacia el siguiente impulsor. Son máquinas
basadas en la Ecuación de Euler.
Una bomba centrífuga
es una máquina que 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 centrífuga.
Las paletas imparten energía al fluido por la fuerza de esta misma acción. Así,
despojada de todos los refinamientos, una bomba centrífuga tiene dos partes
principales: (1) Un elemento giratorio, incluyendo un impulsor y una flecha, y
(2) un elemento estacionario, compuesto por una cubierta, estoperas y
chumaceras.
Las Bombas Centrífugas se pueden
clasificar de diferentes maneras:
• Por la dirección del flujo en:
radial, axial y mixto.
• Por la posición del eje de rotación
o flecha en: horizontales, verticales e inclinados.
• Por el diseño de la coraza (forma)
en: voluta y las de turbina.
• Por el diseño de la mecánico coraza
en: axialmente bipartidas y las radialmente bipartidas.
• Por la forma de succión en: sencilla
y doble.
Funcionamiento
El flujo entra a la bomba a
través del centro o ojo del rodete y el fluido gana energía a medida que las
paletas del rodete lo transportan hacia fuera en dirección radial. Esta
aceleración produce un apreciable 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 convierte en cabeza de presión a la salida.
Elementos de una bomba centrífuga
Los
elementos constructivos que la conforman son:
* Una tubería de aspiración
* El impulsor o rodete, formado por una serie de álabes de diversas formas que
giran dentro de una carcasa circular. El rodete va unido solidariamente al eje
y es la parte móvil de la bomba
* Difusor, El difusor junto con el rodete, están encerrados en una cámara,
llamada carcasa o cuerpo de bomba. El difusor está formado por unos álabes
fijos divergentes, que al incrementarse la sección de la carcasa, la velocidad
del agua irá disminuyendo lo que contribuye a transformar la energía cinética
en energía de presión, mejorando el rendimiento de la bomba.
* Eje, El eje de la bomba es una pieza en forma de barra de sección circular no
uniforme que se fija rígidamente sobre el impulsor y le transmite la fuerza del
elemento motor. Las bombas centrífugas para agua se clasifican atendiendo a la
posición del eje en bombas de eje horizontal y bombas de eje vertical. (Bombas centrifugas)
Partes de una bomba centrífuga:
Carcasa. Es la parte exterior protectora de la bomba y
cumple la función de convertir la energía de velocidad impartida al líquido por
el impulsor en energía de presión. Esto se lleva a cabo mediante
reducción de la velocidad por un aumento gradual del área.
Anillos de desgaste. Cumplen la función de ser un elemento fácil y
barato de remover en aquellas partes en donde debido a las cerradas holguras
entre el impulsor y la carcasa, el desgaste es casi seguro, evitando así la
necesidad de cambiar estos elementos y quitar solo los anillos.
Estoperas, empaques y sellos. la
función de estos elementos es evitar el flujo hacia fuera del líquido bombeado
a través del orificio por donde pasa la flecha de la bomba y el flujo de aire
hacia el interior de la bomba.
Flecha. Es el eje de todos los elementos que giran en la bomba
centrífuga, transmitiendo además el movimiento que imparte la flecha del motor.
Cojinetes. Sirven de soporte a la flecha de todo el rotor en
un alineamiento correcto en relación con las partes estacionarias.
Soportan las cargas radiales y axiales existentes en la bomba.
Bases. Sirven de soporte a la bomba, sosteniendo el peso de toda
ella.
Cabezales
de descarga bridadas
El cabezal de descarga hace referencia al conjunto de
elementos necesarios para tratar, medir y suministrar el agua que se distribuye
en la red, en el sistema de impulsión es importante verificar su instalación
para garantizar que el agua llegue al último tanque de destino, de igual forma
el sistema de purga, que evita acumulación de partículas minerales, ocasionando
obturación a la red, generando altos costes de mantenimiento, su diámetro debe
ser acorde a la distancia y potencia del motor.
Brida es el elemento que une dos
componentes de un sistema de tubería, permitiendo ser desmontado sin
operaciones destructivas, gracias a una circunferencia de agujeros a través de los
cuales se montan pernos de unión. Las bridas
son aquellos elementos de la línea de tuberías, destinados a permitir la unión
de las partes que conforman esta instalación, ya sean tubería, válvulas, bombas
u otro equipo que forme parte de estas instalaciones.
La brida es un elemento que puede
proveerse como una parte separada o venir unida desde fabrica a un elemento
para su instalación, ya sea una válvula o un tubo, etc. Existe una diversidad
de diseños, dimensiones, materiales y normas de fabricación
La brida tiene un proceso de
fabricación y producción muy distinto de una tubería. Luego de ser fabricadas,
las bridas deben unirse a las tuberías para permitir unir tramos de tuberías
entre sí o unir tramos de tuberías a otras instalaciones.
Existen diversos tipos de uniones
entre las bridas y las tuberías. Estás pueden ser soldadas, roscadas o no tener
unión mecánica alguna entre la brida y la tubería como el caso de las bridas Lap
Joint.
Tableros
de control e indicadores
Los
tableros de control para equipo hidroneumático se utiliza para mantener
presurizada una red hidráulica en un rango de presión predefinido y opera en
conjunto con el tanque precargado e interruptores de presión. (BARMESA, s.f.)
Los
tableros controlan la operación automática de 1, 2, 3 o 4 bombas para mantener
la presión dentro de los límites deseados en forma automática. Los
Tableros alternan las bombas para que su desgaste sea uniforme y, al fallar una
de ellas o al aumentar la demanda, conectan otras, simultáneamente, para
mantener automáticamente la presión dentro del nivel deseado. Los tableros
integran arrancadores, interruptores termomagnéticos, electro-niveles,
alternador-simultaneador, relevador de alto y bajo voltaje, selectores y luces
piloto, todo el equipo está montado sobre un riel DIN para facilitar el
mantenimiento.
La operación de las bombas y el bajo nivel de
succión se indican con las luces piloto. La operación de cada una de las bombas
se selecciona mediante interruptores de 3 posiciones
Manual-Fuera-Automático. El Gabinete es a prueba de polvo y agua.
Controla automáticamente:
La presión de agua en el tanque hidroneumático
dentro de los rangos de presión deseados.
Señal de arranque-paro de bombas: Mediante interruptores
de presión.
Protección
por baja succión: Mediante electrodos en la cisterna. (ambientales, 2011)
Los
tableros de control, con las unidades independientes o grupales dependiendo la
aplicación de donde se controla el funcionamiento de las bombas centrifugas de
una aplicación determinada, en ocasiones se remplazan los contadores por
variadores de velocidad para tener un control de presión más preciso y con
ahorros de energía significativos
En
la parte de la indicación se puede contar con transmisores de presión que nos
indique en el tablero el valor exacto de la presión en el sistema o solo puede
ser un manómetro, esto depende de la aplicación y el dinero que se desee
invertir en el montaje, también se deben tener
indicadores de encendido y apagado normalmente son pilotos, los
controles de encendido y parada y las protecciones de los equipos como breque y
relé térmico para el motor en caso de que la bomba se pegue.
Conexiones
hidraulicas
Las
conexiones hidráulicas son todas las uniones de tubería, mangueras y accesorios
que permiten que el fluido impulsado por la bomba pueda realizar su trabajo o
cumplir el objetivo para el que fue diseñado, existen infinidad de accesorios
que nos pueden ayudar a conectar un sistema hidráulico pero se deben tener en
cuenta las características técnicas de la bomba para seleccionar las tuberías y
el materia de ellas para cumplir con los requisitos del fabricante y obtener el
cien por ciento de las bondades del equipo seleccionado.
Cuando
no se tiene en cuenta los datos de la bomba normalmente se tienen perdidas de
eficiencia en el funcionamiento pero si nos pasamos a los extremos podemos
causar el daño de los equipos y lesiones a las personas a su alrededor.
Figura
6, 16 de octubre de 2018, http://www.sapiensman.com/neumatica/images/circuito%20hidraulico7.jpg
Son
uniones herméticas que permiten conectar o acoplar una línea de fluído
hidráulico hacia otro componente hidraúlico.
Para una buena conexión hidraúlica tendremos
en cuenta dos elementos:
Sello:
Es la acción de junta que se realiza entre terminales para evitar las fugas.
Una
característica de un sistema hidráulico de poder, es que debe estar libre de
fugas. es decir que debe tener buena compatibilidad de los terminales roscados
y buena elección de estos de acuerdo al uso.
Terminal: Rosca, Brida
Es
el elemento de sujeción del acople que permite la fijación en una conexión
Selladores de roscas
Son
selladores anaeróbicos que evitan las fugas de gases y líquidos en las uniones
de tuberías.
Estos
selladores son muy eficientes en uniones
donde el sistema está sometido a vibraciones, presiones y cambios de
temperatura.
Ventajas:
·
Lubrican durante le montaje
·
Sellan hasta el valor límite de rotura de la
tubería
Desventajas
·
Temperatura máxima de trabajo 200°C.
·
Diámetro máximo de trabajo 80mm
Tipos de conexiones
Podemos
clasificar a las conexiones hidráulicas en dos tipos:
Conectores
y adaptadores.
Conectores
hidráulicos: se conoce así a los accesorios capaces conectar herméticamente la manguera
hidráulica, a cualquier otro componente del circuito hidráulico.
Existen
dos tipos comunes de conectores hidráulicos:
Adaptadores: se
les conoce así a los accesorios capaces de facilitar la instalación y
orientación en una línea de transmisión hidráulica.
Se
presentan en diversos combinaciones de roscas, formas y tamaños; pueden ser
rectos, curvos, crucetas, según sea la condición donde se requiera usar.
Mangueras hidráulicas
Una
manguera es un tubo hueco diseñado para transportar fluidos de un lugar a otro,
éstas generalmente son cilíndricas y para poder unirlas se utilizan distintos
tipos de racores o coples.
Existen
diversos tipos de mangueras, las cuales se utilizan para diferentes usos, pero
una de las más importantes son las mangueras hidráulicas.
Las
mangueras hidráulicas están diseñadas y construidas bajo normas de seguridad y
cumpliendo ciertos requisitos como son:
-
Seguridad
-
Flexibilidad
-
Desempeño
-
Resistencia
-
Durabilidad
Existen
tres generalidades para poder clasificar las mangueras hidráulicas, las cuales
son:
Su
construcción se basa en una trenza de acero con una cubierta delgada y
flexible, lo cual facilita el ruta de ensambles en los equipos.
Mangueras hidráulicas de baja presión
Diseñadas
para usarse en diferentes aplicaciones con presiones de operación por debajo de
los 300 PSI.
Mangueras hidráulicas de alta presión
Son
llamadas mangueras de dos alambres porque generalmente tienen un refuerzo de
dos trenzas de alambre de acero de alta tensión.
Las
mangueras de extrema presión y muy alta presión se utilizan para equipos de
construcción y maquinaria de servicio pesado en donde suceden altos impulsos o
incrementos súbitos de presión.
Tubería equivalente y sifones
Las
tuberías equivalentes se refieren a la tubería resultante de la suma de todas
las tuberías de un sistema con diferentes diámetros y longitudes, este tipo de
tuberías normalmente se calcula de forma teórica para conocer cuánto caudal o
flujo circula por el sistema.
Este
cálculo de las tuberías nos sirve también para calcular el tamaño de los
sifones si fuera necesario dirigir estos flujos a una planta de tratamiento de
agua y después liberar el agua tratada a los ríos y vertientes cercanas con el
mínimo impacto ambiental posible
Figura
7, 16 de octubre de 2018, https://lh4.ggpht.com/_HekslsvCSpc/TZ9JYnmakCI/AAAAAAAACQQ/ZLIu0esSHA4/410_thumb.jpg?imgmax=800
Componentes
y justificación
Para
el montaje del sistema se requiere
1 tanque hidroneumático con membrana al
menos de 24 litros
Este tanque se requiere para mantener el sistema presionado y usar la bomba la menor cantidad de veces posible durante la operación normal del sistema
Este tanque se requiere para mantener el sistema presionado y usar la bomba la menor cantidad de veces posible durante la operación normal del sistema
1 bomba centrifuga de al menos ½ hp o
373w/
Se puede usar una bomba más pequeña pero con una bomba de esta potencia el sistema carga rápidamente
Se puede usar una bomba más pequeña pero con una bomba de esta potencia el sistema carga rápidamente
1 válvula de alivio al sistema
La válvula de alivio es importante para proteger el sistema y debe estar calibrado levemente por encima dela presión máxima del sistema.
La válvula de alivio es importante para proteger el sistema y debe estar calibrado levemente por encima dela presión máxima del sistema.
5 válvulas automáticas on - off
Estas son las válvulas con las cuales se controlara el llenado de cada tanque controladas por el tablero de control.
Estas son las válvulas con las cuales se controlara el llenado de cada tanque controladas por el tablero de control.
1 presostato
El presostato es el encargado de apagar y prender la bomba del sistema, ajustando la presión máxima y la presión mínima en que operara el sistema
El presostato es el encargado de apagar y prender la bomba del sistema, ajustando la presión máxima y la presión mínima en que operara el sistema
1 tablero de control que contenga
Manómetro
de presión del sistema
Para que se tenga control de la presión se debe contar con un manómetro de presión que nos indique las condiciones en que se encuentra en cada momento de su operación
Para que se tenga control de la presión se debe contar con un manómetro de presión que nos indique las condiciones en que se encuentra en cada momento de su operación
Piloto indicador del estado de la bomba
Las
indicaciones en el tablero nos ayudan a saber cómo está la bomba
Interruptor del sistema
Con
este interruptor se puede iniciar y parar el sistema en caso de requerir
bloquear el sistema para mantenimiento o parada de planta
Componentes de fuerza y control
En
la parte de fuerza se debe contar con las protecciones de los equipos breker y
relé térmicos o guarda motores, en la parte de control se puede instalar un
pequeño P.L.C logo o hacer el control
alambrado.
Swiches de nivel
Estos
swiches son los encargados de indicarle al sistema cuando se llena cada tanque
para darle permiso al que sigue en la secuencia previamente definida por la
planta de procesos.
Tubería para el montaje del sistema
La
tubería para transportar el agua desde el tanque hidrostático hasta los tanques
de preparación delos químicos, esta tubería por la distancia se recomienda en ½
pulgada para evitar pérdidas y en P.V.C, se puede utilizar bridas para el
montaje de las válvulas para facilitar el mantenimiento de los equipos.
CONCLUSIONES
Ø Se
analizaron los aspectos a tener en cuenta en este proceso para automatizar y
mejorar secuencias implementando mejoras que pueden ayudar al personal
operativo y a los departamentos mecánicos y electrónicos para un mejor
funcionamiento de la maquinaria que en este caso es hidroneumático.
Ø Conocimos
un proceso bastante interesante porque aprendimos todo el funcionamiento de
esta empresa de plásticos y cómo podemos mejorar esta máquina o proceso a
trabajar por si solas, por supuesto con la supervisión de los operarios y
los departamentos de mantenimiento para tener un control del flujo o del
líquido que se está produciendo en la empresa seleccionada.
Ø Como valor
agregado de puedo resaltar que el uso de nuevas alternativas tecnológicas
para difundir o publicar un artículo son
estupendas, trabajando el blog como lo pide la rúbrica, la experiencia fue positiva hablo desde el
punto de vista personal, con esta herramienta podemos compartir experiencias
con otras personas, temas de interés
tecnológico o del que queramos, me parece que es muy útil esta herramienta.
RECOMENDACIONES
Ø Con este
proyecto se pretende automatizar la empresa de plásticos (plásticol
s.a que actualmente es de tipo manual, y tiene como prioridad
automatizarla para que el producto llegue con buena presión, que sus tiempos no
sean tan largos en el llenado de los tanques, iniciando con la formulación de
un diagrama de tecnología.
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http://www.atb.com.mx/img/barnes/ficha-tecnica-tablero-control-barnes-equipo-hidroneumatico.pdf
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Recuperado el 18 de 10 de 2018, de
http://como-funciona.co/un-sistema-hidroneumatico/
De máquinas y herramientas. (2014). Recuperado el 13 de Septiembre de 2018, de
http://www.demaquinasyherramientas.com/herramientas-electricas-y-accesorios/sistemas-hidroneumaticos-como-funcionan
Escuela de Ingeniería de Antioquia. (4
de Octubre de 2002). Sistemas hidroneumáticos. Recuperado el 14 de
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http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/maquinashidraulicas/hidroneumaticos/paginas/hidroneumaticos.htm
MEHITOR. (s.f.). CONEXIONES Y
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http://mehitor.com/files/CONEXIONES-Y-MANGUERAS-TUTORIAL.pdf
QuimiNet. (1 de 12 de 2011). Todo
sobre las mangueras hidráulicas. Recuperado el 20 de 10 de 2018, de
https://www.quiminet.com/articulos/todo-sobre-las-mangueras-hidraulicas-2641887.htm
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