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UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA
facultad de arquitectura
construcción 4
arq. Nelson verduo
sistemas de válvulas y bombas
Inte
grante
s
EDSON ISAAC MORENO 201016720
JORGE ESTUARDO MÉRIDA 200821650
PAMELA ANDREA SERRANO 200919749
DAPHNE STEPHANE ZAMBRANO 200917085
ELMER DANIEL GARCÍA 200810827
WENDY KARINA ESQUIVEL 200925198
El mundo de las instalaciones hidráulicas para las edificaciones es bastante amplio y cuenta con infinidad de elementos, los cuales nos aseguran que una instalación potable o hidráulica, funcionara y cumplirá la función por la cual fue creada… Entre esta gran variedad de elementos podemos ahondar y profundizar en las ramas de válvulas y las bombas hidráulicas, ambas son de suma importancia y cada una cumple con diferente función a la otra, pero igual de vital para el óptimo funcionamiento de una instalación, ya que no podemos pensar que una instalación potable residencial podrá funcionar adecuadamente sin alguno de estos elementos.
En la presente investigación desglosaremos los componentes y las diferentes partes que componen tanto las válvulas, como las bombas hidráulicas, dando a conocer por qué son de tanta importancia para el conocimiento práctico-técnico de un arquitecto o constructor.
Las válvulas son usadas en nuestros sistemas
hidráulicos para controlar el funcionamiento de
los actuadores.
Las mismas se utilizan en un circuito hidráulico
para regular la presión, el caudal, enviar
señales y para decidir por donde va el aceite.
Las válvulas estas divididas en tres categorías generales: las de
control de presión, las de control de flujo y las de control
direccional.
• VÁLVULAS DE CONTROL DE PRESIÓN : diseñadas para aliviar
la presión cuando un fluido supera un límite preestablecido. Su
misión es evitar la explosión del sistema protegido o el fallo de un
equipo o tubería por un exceso de presión.
• VÁLVULAS DE CONTROL DE FLUJO : Usada para regular o
controlar el flujo de un líquido a través de un sistema. Por lo
general, ese sistema es industrial o tiene un propósito industrial.
• VÁLVULAS DE CONTROL DE CONTROL : son las que controlan los
actuadores dirigiendo su funcionamiento en una dirección o otra,
permitiendo o bloqueando el paso de aceite o aire ya sean
hidráulicas o neumáticas, tanto con presión o al tanque.
Las de tipo manual y automáticas en las cuales e desglosan otros tipos de válvulas como: válvula de regulación, control y bloqueo, válvula reguladora unidireccional , válvulas de regulación de caudal, Válvulas reguladoras de presión, etc.
Existen muchos tipos de válvulas en el mundo, pero las válvulas manuales más típicas y utilizadas en un SISTEMAS HIDRAULICOS son las de globo, bola, esfera ,compuerta , mariposa, etc . Válvulas de esfera:
La válvula puede adoptar posiciones intermedias que permitan la apertura parcial de la conducción, si bien generalmente se utilizan como "todo o nada". Presentan una elevada estanquidad. Debido a que solo es necesario efectuar un giro de 90º para provocar un cierre total en la conducción, pueden dar lugar a golpes de ariete en la instalación en el caso de realizar la maniobra de una manera excesivamente
rápida. Válvulas de Bola:
Las válvulas de bola ofrecen muy buena capacidad de cierre y son prácticas porque para abrir y cerrar la válvula es tan sencillo como girar la manivela 90°. Se pueden hacer de 'paso completo', lo que significa que la apertura de la válvula es del mismo tamaño que el interior de las tuberías y esto resulta en una muy pequeña caída de presión
Válvulas de Globo:
La válvula de globo es adecuada para
utilizarse en una amplia variedad de
aplicaciones, desde el control de caudal hasta
el control abierto-cerrado.
Válvula de compuerta :
Es una válvula que abre mediante el
levantamiento de una compuerta o cuchilla (la
cuál puede ser redonda o rectangular)
permitiendo así el paso del fluido.
VÁLVULA DE MARIPOSA
Regula el flujo de un fluido en un conducto,
aumentando o reduciendo la sección de paso
mediante una placa, denominada
«mariposa», que gira sobre un eje. Al
disminuir el área de paso, aumenta
la pérdida de carga local en la válvula,
reduciendo el flujo.
Válvulas de asiento.
Estas válvulas es un disco que asienta sobre los
tabiques interiores del cuerpo de la válvula,
cerrando el paso del agua. Existen modelos en
los que el disco de asiento es perpendicular al
eje de la conducción, y otros en los que es
oblicuo.
Válvulas de acople rápido
Se colocan a la salida de la conducción, a ras de
suelo o aéreas y sin necesidad de arqueta, para
aislar o poner en servicio una manguera o
aspersor. Por lo tanto se trata de un tipo de
válvula "todo o nada".
Este tipo válvulas presentan la característica de accionamiento asistido,
siendo desplazado el obturador neumáticamente o con la ayuda de un
servomotor. El tipo más extendido es el de accionamiento neumático,
recurriendo al uso de servomotores en aplicaciones donde es necesario
aplicar grandes esfuerzos, tal y como puede suceder en oleoductos.
Válvulas de bloqueo:
Cortan el paso del aire, fluidos, etc. Son: anti retorno, selectora, de simultaneidad, de escape rápido, estranguladora unidireccional.
Válvulas reguladoras de caudal:
influyen en la cantidad de caudal que circula. Son: estranguladora bidireccional.
Válvulas reguladoras de presión:
actúan sobre la presión del aire controlándola desde un valor nulo hasta el máximo valor de alimentación.
• Válvula Reductora de presión: regula la presión de salida para que sea siempre menor que la de entrada.
• Válvula Limitadora de presión: son válvulas de seguridad o sobrepresión. Impide que la presión de un sistema sea mayor que la fijada manualmente mediante un tornillo.
• Válvula de secuencia: el principio de funcionamiento es el mismo que el de la limitadora, pero en lugar de conectar a escape se conecta después a otro elemento del circuito.
Válvula antirretorno
Libera el paso del aire en un sentido. Bloquea el aire en el sentido contrario. Cuando la presión del aire es mayor que la del muelle el obturador se levanta de su asiento.
Válvula selectora de circuito o
válvula or:
Cuando hay presión en alguna de las dos entradas, deja pasar el aire a la salida.
Válvula de simultaneidad o válvula “y”
Sólo si hay la misma presión por ambas entradas, el aire sale por la salida.
Valvula de escape rápido
Esta válvula permite elevar la velocidad de los émbolos de cilindros. Con ella se ahorran largos tiempos de retorno, especialmente si se trata de cilindros de simple efecto.
Se recomienda montar esta válvula directamente sobre el cilindro o lo más cerca posible de éste.
Válvula reguladora unidireccional
Combinación de la válvula reguladora unidireccional
y anti retorno.
Permite el libre paso en un sentido, en el sentido
contrario el caudal de aire está regulado.
Válvula temporizadora:
Es una combinación de la válvula reguladora
unidireccional y un depósito.
El aire se acumula en el depósito y se retrasa la
señal de salida.
Válvula reguladora bidireccional:
Modifica el caudal del aire. Se pueden regular por
un tornillo.
Válvula limitadora de caudal
Válvula automática de pistón tipo globo con piloto
externo para servicio limitador de caudal con este
servicio se conseguirá que el caudal que pase a
través de la válvula no sobrepase el tarado en el
piloto.
Válvula reguladora (Reductora) de presión:
Se usan para fijar una presión de salida independientemente de la presión
de entrada. De esta forma se salvaguardan los elementos que queremos
proteger de fluctuaciones de presión.
Válvula limitadora de presión:
Las válvulas limitadoras de presión se emplean para limitar la presión de
toda la red. Son válvulas de seguridad. Impide que la presión de un sistema
sea mayor que la fijada manualmente.
Válvula secuencial:
El funcionamiento es el mismo que el de la limitadora,
pero en lugar de conectar a escape se conecta
después a otro elemento del circuito, cuando este
necesita una mínima presión para funcionar, entonces,
se tara la válvula secuencial a dicha presión.
VÁLVULA SOSTENEDORA DE PRESIÓN:
Válvula automática de pistón tipo globo con piloto
externo para servicio sostenedor (mantenedor) de
presión aguas arriba. La válvula conseguirá mantener
la presión de entrada por encima de la tarada en el
piloto regulador.
Válvula alivio de sobre presiones
Válvula automática de pistón tipo globo (paso recto o
angular) de doble cámara con piloto externo para
servicio de alivio de sobre presiones. La válvula
estará en posición normalmente cerrada abriendo
completamente cuando se detecte en la línea una
presión igual a la tarada en el piloto regulador.
VÁLVULA REDUCTORA Y
SOSTENEDORA DE PRESIÓN:
Válvula automática de pistón tipo globo con pilotos
externos para servicio de reductora de presión aguas
abajo y sostenedora de presión aguas arriba. La
válvula proporcionará una presión reducida y
constante en la salida según el tarado del piloto
reductor a la vez que conseguirá también mantener la
presión en la entrada por encima de la tarada en el
piloto sostenedor.
VÁLVULA DE SOBRE VELOCIDAD.
La válvula cierra cuando el caudal sobrepasa el valor
normal de trabajo.
Dispositivo que trasforma la energía mecánica en energía
hidráulica , es decir , realizan un trabajo para mantener un
liquido en movimiento. Consiguiendo así aumentar la presión o
energía cinética del fluido.
El impulsor crea una corriente de succión a la entrada ,
introduciendo el fluido en su interior y lo empuja hacia el
circuito hidráulico.
Bomba de engranajes:
Es un tipo de bomba hidráulica que consta de dos engranajes encerrados en un alojamiento muy ceñido. Transforma la energía cinética en forma de par motor, generada por un motor, en energía hidráulica a través del caudal generado por la bomba.
Bomba de tornillo:
Es un tipo de bomba hidráulica considerada de desplazamiento positivo, que se diferencia de las habituales, más conocidas como bombas centrífugas. Esta bomba utiliza un tornillo helicoidal excéntrico que se mueve dentro de una camisa y hace fluir el líquido entre el tornillo y la camisa.
Está específicamente indicada para bombear fluidos viscosos, con altos contenidos de sólidos, que no necesiten removerse o que formen espumas si se agitan.
Bombas de volumen fijo o bombas de
desplazamiento fijo:
Estas bombas se caracterizan porque entregan un producto fijo a velocidad constante. Este tipo de bomba se usa más comúnmente en los circuitos industriales básicos de aplicación mecánica de la hidráulica.
Bombas de engranes o piñones:
La bomba de engranes se denomina también "caballo de carga" y se puede asegurar que es una de las más utilizadas. La capacidad puede ser grande o pequeña y su costo variará con su capacidad de presión y volumen. Además la simplicidad de su construcción permite esta ventaja de precio.
Bombas de engranes de baja presión :
Su funcionamiento es a grandes rasgos el siguiente: La flecha impulsora gira, los dos piñones como están engranados, girarán en direcciones opuestas. La rotación es hacia el orificio de entrada desde el punto de engrane. Conforme los dientes de los dos piñones se separan, se formará una cavidad y se producirá un vacío en el orificio de entrada. Este vacío permitirá a la presión atmosférica forzar el fluido al lado de entrada de la bomba.
Bombas de engranes de alta
presión.
Los factores que mejoran la capacidad de una bomba para desarrollar un vacío alto en la admisión, también producirán incrementos muy favorables en la eficiencia volumétrica y total de la bomba.
Bombas de engranes de 1500
lb/plg2. (Tándem)
También se les conoce como bombas de la serie "Commercial D". En este tipo de bombas se incorporan engranes dentados rectificados con acabados lisos y con tolerancias muy cerradas. Estos engranes tienen el contorno de los dientes diseñado para mejorar la eficiencia de la bomba y disminuir el nivel de ruido en la operación.
El diseño de esta bomba ofrece una ventaja adicional al proporcionar la facilidad de que el volumen producido pueda ser alterado al cambiar el tamaño de los engranes, además mediante la adición de un cojinete central portador y un ensamblado de caja y engranes para cada unidad, hasta seis unidades de bombeo pueden construirse para funcionar con una sola flecha de impulso.
Bomba de engranes de 2000
lb/plg2.
La bomba Commercial de la serie H está
indicada para tener un valor de presión máximo
de 2000 lb/plg2, y para la mayoría de las
bombas de la serie H es una versión mejorada y
más pesada que la unidad de serie D. Los
fundamentos de operación son casi idénticos, pero
ninguna de las partes son intercambiables entre
estos dos tipos de diseños. El funcionamiento con
las cargas mayores a presión de 2000 lb/plg2,
ha exigido el uso de cajas mucho más gruesas y
resistentes. El cojinete impulsor principal TIMKEN
es el único ofrecido en este tipo de bombas.
Bombas de paletas
Bombas de paletas desequilibradas o de eje
excéntrico.
Con este diseño un rotor ranurado es girado por
la flecha impulsora. Las paletas planas
rectangulares se mueven acercándose o
alejándose de las ranuras del rotor y siguen a la
forma de la carcasa o caja de la bomba. El rotor
está colocado excéntrico con respecto al eje de la
caja de la bomba.
Bombas de Paletas equilibradas de
2000 lb/plg2 de presión. (Denison)
Las bombas de paletas Denison emplean la
misma condición de equilibrio descrita en el
análisis de las bombas de paletas Vickers
mediante la incorporación de dos orificios de
admisión o entrada y de dos orificios de salida
con una separación de 180° .
Las bombas de paletas equilibradas pueden
ofrecer el sistema hidráulico más económico
utilizable para situaciones en donde el buen
diseño no sufre limitaciones por falta de espacio
y falta de control operativo y de comprensión de
las características de funcionamiento.
Bombas de pistón
Las bombas de pistón generalmente son
consideradas como las bombas que
verdaderamente tienen un alto rendimiento en las
aplicaciones mecánicas de la hidráulica. Algunas
bombas de engranes y de paletas funcionarán
con valores de presión cercanos a los 2000
lb/plg2, pero sin embargo, se les consideraran
que trabajan con mucho esfuerzo
Bomba de Pistón Radial.
La bomba de pistón radial, aloja los pistones deslizantes dentro de
un bloque del cilindro que gira alrededor de un perno o clavija
estacionaria o flecha portadora.
En las bombas de pistón radial se logra una eficiencia volumétrica
alta debido a los ajustes estrechos de los pistones a los cilindros y por
el cierre adecuado entre el bloque del cilindro y el perno o clavija
alrededor del cual gira.
Bombas de Pistón Axial.
Las bombas de pistón axial son las bombas más comunes que se
encuentran. Las bombas de pistón axial derivan su nombre del hecho
que los pistones se mueven dentro y fuera sobre un plano paralelo al
eje de la flecha impulsora.
Bomba de Pistón Radial.
La bomba de pistón radial, aloja los pistones deslizantes dentro de
un bloque del cilindro que gira alrededor de un perno o clavija
estacionaria o flecha portadora.
En las bombas de pistón radial se logra una eficiencia volumétrica
alta debido a los ajustes estrechos de los pistones a los cilindros y por
el cierre adecuado entre el bloque del cilindro y el perno o clavija
alrededor del cual gira.
Bombas de Pistón Axial.
Las bombas de pistón axial son las bombas más comunes que se
encuentran. Las bombas de pistón axial derivan su nombre del hecho
que los pistones se mueven dentro y fuera sobre un plano paralelo al
eje de la flecha impulsora.
Bombas de Pistón de Barril angular.(Vickers)
Este diseño de bomba ha dado un excelente servicio a la industria
aeronáutica.
Bomba de Pistón de Placa de empuje
angular.(Denison)
El diseño de este tipo de bombas incorpora zapatas de pistón que se
deslizan sobre la placa de empuje angular o de leva. Esta bomba
debe llenarse con aceite antes de arrancarla.
La contaminación causará raspaduras y pérdida ligera de eficiencia.
La falta de lubricación causará desgaste.
Bomba Diseño Dynex.
Este diseño de bomba ha tenido una utilización considerable en el
equipo móvil.
La compañía fabricante Dynex señala que esta bomba ha mostrado
una mayor compatibilidad con respecto al polvo que las bombas
normales de pistón. Las bombas Dynex son indicadas como de mejor
capacidad para resistir la contaminación del aceite y las ondas de
presión mientras trabajan a niveles bajos de ruido y con velocidades
altas.
Bomba centrífuga:
Denominada bomba fotodinámica, 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. El fluido entra por el centro del rodete, 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, que por el contorno su forma lo conduce hacia las tuberías de salida o hacia el siguiente rodete se basa en la ecuación de Euler y su elemento transmisor de energía se denomina impulsor rotatorio llamado rodete en energía cinética y potencial requeridas y es este elemento el que comunica energía al fluido en forma de energía cinética.
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 deTurbina.
• Por el diseño de la mecánico coraza en: Axialmente Bipartidas y las Radialmente Bipartidas.
• Por la forma de succión en: Sencilla y Doble.
Bomba sumergible
Es una bomba que tiene un impulsor sellado a la
carcasa. El conjunto se sumerge en el líquido a
bombear. La ventaja de este tipo de bomba es
que puede proporcionar una fuerza de
elevación significativa pues no depende de la
presión de aire externa para hacer ascender el
líquido.
Un sistema de sellos mecánicos se utiliza para prevenir que el líquido que se bombea entre en el motor cause un cortocircuito. La bomba se puede conectar con un tubo, manguera flexible o bajar abajo de los carriles o de los alambres de guía de modo que la bomba siente en "un acoplador del pie de los platos", de tal forma conectándola con la tubería de salida.
Las bombas sumergibles encuentran muchas utilidades, se utilizan en depósitos de combustible. Aumentando la presión en el fondo del depósito, se puede elevar el líquido más fácilmente que aspirándolo (succión) desde arriba
Un sistema hidroneumático debe estar constituido por los siguientes componentes:
• 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.
• 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. (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)
• 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.
El sistema, el cual se represento en el
Dibujo anterior, funciona como se
explica a continuación…
El agua que es suministrada desde el acueducto público u otra fuente (acometida), 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 dela red), y que contiene volúmenes variables de agua y aire. Cuando el agua entra al recipiente aumenta el nivel de agua, al comprimirse el aire aumenta la presión, cuando se llega a un nivel de agua y presión determinados, se produce la señal de parada de la bomba y el Tanque que queda en la capacidad de abastecer la red, cuando los niveles de presión bajan, a los mínimos preestablecidos, se acciona el mando de encendido de la bomba nuevamente.
PRESIONES DE OPERACION DEL SISTEMA
HIDRONEUMATICO PRESION MINIMA (Pmin)
La presión mínima de operación (Pmin) del cilindro en el
sistema hidroneumático deberá ser tal que garantice en todo
momento, la presión requerida (presión residual) en la toma
más desfavorable y podrá ser determinada por la fórmula
siguiente :
Pmin = h + Σhf + hr
• Dónde:
• h = Altura geométrica (o diferencia de cotas) entre el nivel
del tanque subterráneo y el nivel de la pieza más
desfavorable.
• Σhf = La sumatoria de todas las pérdidas (tanto en tubería
recta como accesorios) que sufre el fluido desde la
descarga del tanque hasta la toma más desfavorable.
• hr = Presión residual.
Un estimado bastante preciso (para edificios de más de cuatro pisos) es el s iguiente:
• Se establece una altura entre placas de 2,75 Mts (si no hay otro dato)
• Como pérdidas (Σ hf ) se estima un 10% de la altura de la edificación más unos 7 Mts de pérdidas en piso.
• Como presión residual se estiman 7 Mts, cuando los W.C. son con tanque y 12 Mts cuando son con Fluxómetro.
Como ejemplo tomemos un edificio de 8 pisos + P.B. + P.H. con piezas de tanque:
h = 10 x 2,75 = 27,5 Mts
Σhf = 2,75 + 7 = 9,75 Mts
hr = 7,00 Mts.
PRESION MINIMA (Pmin) = 44,3 Mts ≈ 65 PSI
• DIMENSIONAMIENTO DE LAS BOMBAS Y MOTORES
La primer a consideración al seleccionar el tamaño de las bombas, es el hecho de que deben ser capaces por si solas de abastecer la demanda máxima dentro de los rangos de presiones y caudales, existiendo siempre una bomba adicional para alternancia con la (s) otra (s) y para cubrir entre todas, por lo menos el 140 % de la demanda máxima probable.
NUMERO DE BOMBAS Y CAUDAL DE BOMBEO
Como ya fue mencionado, solo es permitido el uso de una bomba en el caso de viviendas
Unifamiliares; en cualquier otro tipo de edificaciones deben seleccionarse dos o más unidades de bombeo Ya que se debe dejar una unidad de bombeo de reserva para la alternancia y para confrontar caudales de demanda super-pico, se deberá usar el siguiente criterio:
NOTA: Según la Gaceta Oficial 4.044 Extraordinario un hidroneumático deberá tener solo dos bombas, los sistemas con tres o más bombas están considerados como de “Presión Constante”, más esto es más un asunto de semántica que técnico.
La suma total de los caudales de las unidades de bombeo utilizados no será nunca menor del 140 % del caudal máximo probable calculado en la red. La tabla siguiente presenta el criterio anteriormente expuesto.
POTENCIA REQUERIDA POR LA BOMBA Y EL
MOTOR
La potencia de la bomba para un sistema hidroneumático podrá calcularse por la misma fórmula indicada en la página 3 de los presentes apuntes:
Q (lps)* H (metro s)
CV = -------------------------
75 * (n%/100)
Las bombas deben seleccionarse para trabajar contra una carga por lo menos igual a la presión máxima en el tanque hidroneumático.
Esto está indicado en Gaceta para garantizar que las unidades de bombeo seleccionadas alcancen la presión máxima requerida por el sistema hidroneumático; pero de tenerse a mano curvas características de las unidades de bombeo, la selección podrá hacerse por medio de ellas.
La potencia del motor eléctrico que accione la bomba será calculada según las mismas consideraciones utilizadas en el cálculo de los sistemas de tanque a tanque.
DIMENSIONAMIENTO DEL TANQUE A PRESION
El dimensionamiento del tanque a presión, se efectúa tomando como parámetros de cálculo el caudal de bombeo (Qb), el caudal de demanda (Qd), los ciclos por hora (U), y las presiones de operación, el procedimiento resumidamente es as í: Tc representa el tiempo transcurrido entre dos arranques consecutivos de las bombas, y se expresa como sigue
1 hora
Tc = --------- Dado que U = 6 por definición.
U
Por lo tanto para caudales en lts/seg y tiempos en segundos:
3600
Tc = --------- = 600 seg.
6
Pero también:
Tc = tll + tva
Dónde:
• tll = Tiempo de llenado del tanque
• tva Tiempo de vaciado del tanque
Por definición, el momento en que ocurren más ciclos en una hora es cuando el caudal de demanda (Qd) es igual a la mitad del caudal de bombeo (Qb), por lo tanto:
Pero si Qd= ½ Qb
Vu Vu 2Vu
• Tll = ----------- = ------ = -----
Qb - ½ Qb ½ Qb Q
Por otro lado:
Vu Vu 2Vu
• Tva = ------ = ------ = ----- por consiguiente si:
Qd ½Qb Qb
• Tc = tll + tva entonces:
•
4Vu
Tc = ------
Qb
Despejando Vu :
Tc x Qb 600 x Qb
Vu = ------------ = ------------ = 150Qb
4 4
Vu = 150 * Qb (en litros par a u = 6 y Qb = \Lts/s\)
Por otro lado, procedemos al cálculo del porcentaje del volumen útil ( %Vu ) que representa la relación entre el volumen utilizable y el volumen total del tanque y se podrá calcular a través de la siguiente ecuación:
Pmax - Pmin
%Vu = 90 x ---------------
Pmax
dónde:
Pmáx = Es la presión máx ima del sistema
Pmin = Es la presión mínima del s istema
Nota: Tanto la Pmáx como la Pmin serán dados como presiones absolutas.
Cálculo del volumen del tanque (Vt).
Vu 5000 x Qb
Vt = ----------------- = ---------------- (en litros)
(%Vu / 100) %Vu
Los sistemas hidroneumáticos con tanques de 320 Galones o menos y en edificaciones con 30 piezas servidas o menos se denominan hidroneumáticos de quintas o de uso doméstico, su metodología de dimensionamiento difiere de los llamados hidroneumáticos temporales, sobre todo en las estimaciones de los caudales pico de la demanda ya que ninguno de los otros métodos de cálculo parecen dar resultados coherentes.
CALCULO DE SISTEMAS HIDRONEUMATICOS DE USO DOMESTICO
En el cálculo para sistemas hidroneumáticos de uso doméstico (vivienda unifamiliar) la estimación de la demanda se hará de acuerdo a la fórmula presentada a continuación:
Qd = 0,83 * Np (Lpm)
Dónde:
• Qd = Caudal de demanda en litros por minuto.
• Np = Número de piezas o aparatos sanitarios servidos.
Esta fórmula lineal abarca un rango entre cinco (5)
hasta treinta (30) piezas con bastante exactitud,
puesto que las viviendas unifamiliares con más de
treinta piezas son casos atípicos.
En relación a las presiones de operación en los
hidroneumáticos domésticos se usa la siguiente
estimación de presiones.
Este sistema consiste por ejemplo en un tanque elevado en la azotea del edificio; con una altura que permita la presión de agua establecida según las normas sobre la pieza más desfavorable.
Desde el tanque elevado se hace descender una tubería vertical de la cual surgirá para cada piso, una ramificación a los apartamentos correspondientes al mismo, dándose de esta forma el suministro por gravedad. Este sistema requiere del estudio de las presiones de cada piso, asegurándose con este que las mismas no sobrepasen los valores adecuados.
En la parte inferior de la edificación existe un tanque, el cual puede ser superficial, sema subterráneo o subterráneo y en el que se almacenará el agua que llega del abastecimiento público. Desde este tanque un número de bombas establecido (casi siempre una o dos), conectadas en paralelo impulsarán el agua al tanque elevado.
• El cálculo del sistema de bombeo de tanque a tanque requiere de dos pasos previos, del cálculo de la dotación diaria (y caudal de bombeo) y de la carga dinámica total de bombeo. Sin embargo se hace necesario la coordinación de algunos parámetros, los cuales se explican en los párrafos siguientes:
• Cuando fuere necesario emplear una combinación de tanque bajo, bomba de elevación y estanque elevado, debido a presión insuficiente en el acueducto público, y/o a interrupciones de servicio frecuentes, el volumen utilizable del estanque bajo no será menor de las dos terceras (2/3) partes de la dotación diaria y el volumen utilizable del estanque elevado no será menor de la tercera (1/3) parte de dicha dotación.
• La tuber ía de aducción desde el abastecimiento público hasta los estanques de almacenamiento, deberá calcularse para suministrar el consumo total diario de la edificación en un tiempo no mayor de cuatro (4) horas, teniendo como base la presión de suministro, diámetro y recorrido de la aducción.
• La tubería de bombeo entre un estanque bajo y el elevado deberá
ser independiente de la tubería de distribución, calculándose el
diámetro para que pueda llenar el estanque elevado en un máximo
de dos (2) horas, previendo en esta que la velocidad esté
comprendida entre 0.60 y 3.00 m/seg.
• Los diámetros de la tubería de impulsión de las bombas se
determinarán en función del gasto de bombeo, pudiendo
seleccionarse conforme a la siguiente tabla.
• Puede estimarse el diámetro de la tubería de succión, igual al diámetro inmediatamente superior al de la tubería de impulsión, indicada en la tabla anterior.
• En la tubería de impulsión e inmediatamente después de la bomba, deberán instalarse una válvula de retención y una llave de compuerta.
• En el caso de que la tubería de succión no trabaje bajo carga (succión negativa), deberá instalarse una válvula de pie en su extremo, para prevenir el descebado de las bombas.
• La capacidad del sistema de bombeo deberá ser diseñado de manera tal, que permita el llenar el estanque elevado en un tiempo no mayor de dos (2) horas.
• Siendo la altura Dinámica Total de bombeo ADT la resultante de la sumatoria de:
1. Diferencia de cotas entre el sitio de colocación de la válvula de pie y la cota superior del agua en el tanque elevado.
2. Las fricciones ocurridas en la succión de la bomba, descarga de la misma y montante hasta el tanque elevado.
3. Presión residual a la descarga del tanque elevado (±2.00 a 4.00 m.).
Nota: La selección de los equipos de bombeo deberá hacerse en base a las curvas características de los mismos y de acuerdo a las condiciones del sistema de distribución.
• La potencia de la bomba podrá calcularse por la fórmula siguiente:
Q (lps)* H (metros)
CV = -------------------------------------
75 * (n%/100)
En donde:
• CV = Potencia de la bomba en caballos de vapor (para caballos de fuerza usar una
• Constante de 76 en lugar de 75).
• Q = Capacidad de la bomba.
• ADT = Carga total de la bomba.
• n = Rendimiento de la bomba, que a los efectos del cálculo teórico se estima en 60%.
Los motores eléctricos que accionan las bombas deberán tener
un margen de seguridad que las permita cierta tolerancia a la
sobrecarga y deberá preverse los siguientes márgenes:
• 50% aprox. para potencia de la bomba hasta unos 2 HP.
• 30% aprox. para potencia de la bomba hasta unos 2 a 5 HP.
• 20% aprox. para potencia de la bomba hasta unos 5 a 10
HP.
• 15% aprox. para potencia de la bomba hasta unos 10 a 20
HP.
• 10% aprox. para potencia de la bomba superior a 20 HP.
Estos márgenes son meramente teóricos e indicativos y pueden
ser variados según la curva de funcionamiento de la bomba o
según las características específicas del motor aplicado.
• Cada válvula, tiene un uso especial, por tanto deben ser instaladas por un profesional, para evitar que estas fallen por mal uso.
• Cuando se coloque el equipo de bombeo se debe tomar en cuenta el recorrido y la presión con la que se desea llevar el líquido.
• Siempre hay que observar las instrucciones del fabricante, puesto que pueden tener una forma en especial para colocar la pieza, para que esta tenga un buen funcionamiento.
• Es necesario antes de comprar uno de estos elementos que se realicen y se revisen los cálculos, para confirmar que tenemos la bomba correcta y que soportara la cantidad de líquido que necesitamos mover, o en su caso que se haya sobredimensionado.
• Debe tomarse en cuenta el tipo de tubería para evitar fisuras por la presión ejercida por las bombas.
• Todos los equipos deben estar resguardados de los eventos climáticos, además de estar en un área ventilada, puesto que generan calor y este puede dañar otros equipos como así mismos
• Para colocar adecuadamente bombas o válvulas es necesario conocer datos y/o información importante sobre el equipo, con datos como: números de modelo y serie, registros de los fabricantes y especificaciones del rendimiento.
• La Información técnica de los fabricantes es imprescindible verificarla, ya que en esta información los fabricantes incluyen datos técnicos sobre el equipo, tales como especificaciones, diagramas y listas de repuestos.
• Siempre debe utilizarse herramientas adecuadas por el operador, puesto que debe tener un equipo completo de herramientas para el mantenimiento básico de bombas y válvulas.
• Es recomendable el realizar un Inventario de repuestos, ya que las piezas importantes y de reemplazo frecuente, se deben incluir en el inventario del sistema de agua, para contar con ellos para futuros imprevistos.
• Los materiales que no estén en el almacén se deben obtener de proveedores locales o representantes autorizados puesto que existen imitaciones que no son confiables al momento de necesitar reemplazar alguno que sufra alguna falla.
• Cada cierto tiempo se debe revisar el equipo instalado pata verificar que funcione adecuadamente y/o verificar que no hay posibles fugar o problemas con el equipo que haga ineficiente el sistema hidráulico.
• Por: J. W. J. de Wekker V.Charla dictada en la Universidad Católica Andrés Bello.Junio.2004
• http://www.quiminet.com/articulos/conozca-el-funcionamiento-de-una-valvula-automatica-2747620.htm
• http://www.fundicionductilmolina.com/CFEC/valvulasautomaticasdecontrol.htm
• http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/maquinashidraulicas/hidroneumaticos/paginas/hidroneumaticos.htm
• DOROT CONTROL VALVULE
• L.S. McNickle, Jr. HIDRÁULICA SIMPLIFICADA. Ed Continental. 4ed. Pag 51 – 90.
• Zubicarag Viejo, Manuel. BOMBAS, TEORÍA, DISEÑO Y APLICACIONES. Ed Limusa. 2 ed. 1979.
• Kenneth J. McNaughton. BOMBAS, SELECCIÓN, USO Y MANTENIMIENTO. Ed Mc Graw Hill.
