Ing. Henrys Arcila

SISTEMA DE DISTRIBUCIN CON EQUIPO HIDRONEUMTICO

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTALFRANCISCO DE MIRANDAREA DE TECNOLOGA

DEPARTAMENTO DE HIDRULICAINSTALACIONES SANITARIAS Y DE GAS

Santa Ana de Coro, 2008

Sistema con equipo hidroneumticoEs un sistema de distribucin ascendente.

Se emplea en zonas donde el abastecimiento pblico no garantiza la presin suficiente y se quiera mantener una presin adecuada en el sistema de distribucin de agua.

En este sistema el agua fluir de manera ascendente debido a una presin producida artificialmente, a diferencia de los sistemas por gravedad y bombeo, donde la cada de agua desde un tanque elevado produce la presin esttica.

Este mtodo requiere el almacenamiento de agua necesaria para la edificacin en un tanque bajo con capacidad mnima igual a la dotacin diaria de la edificacin.

Componentes del sistema

El Sistema Hidroneumtico deber estar construido y dotado de los componentes que se indican a continuacin:

Un tanque de presin

Un nmero de bombas acorde con las exigencias de la red (una o dos para viviendas unifamiliares y dos o ms para edificaciones mayores).Interruptor elctrico para detener el funcionamiento del sistema, en caso de faltar el agua en el estanque bajo (proteccin contra marcha en seco).Un tanque subterrneo

Vlvula de retencin en cada una de las tuberas de descarga de las bombas al tanque Hidroneumtico.Conexiones flexibles para absorber las vibraciones.Llaves de paso entre la bomba y el equipo hidroneumtico; entre ste y el sistema de distribucin.Manmetros.Vlvula de seguridad.Dispositivo para control automtico de la relacin aire/agua.Interruptores de presin para arranque a presin mnima y parada a presin mxima.Indicador exterior de los niveles en el tanque de presin, para la indicacin visual de la relacin aire-agua.

Tablero de potencia y control de los motores.

Dispositivo de drenaje del tanque hidroneumtico, con su correspondiente llave de paso.

Compresor u otro mecanismo que reponga el aire perdido en el tanque hidroneumtico.

Esquema del sistema hidroneumtico

Funcionamiento del sistemaEl agua es suministrada mediante la acometida con el acueducto pblico, siendo retenida en un tanque bajo de almacenamiento, de donde, a travs de un sistema de bombas, es impulsada a un recipiente a presin que contiene volmenes variables de agua y aire.

Cuando el agua entra al recipiente aumenta el nivel de agua existente, comprimiendo el aire del tanque, generando un aumento en la presin; al utilizar cualquier pieza sanitaria el agua es impulsada con presin adecuada de servicio.

Cuando se llega a un nivel de agua y presin determinada, se produce la seal de parada de la bomba y el tanque queda en la capacidad de abastecer la red, cuando los niveles de presin bajan, a los mnimos preestablecidos, se acciona el mando de encendido de la bomba nuevamente.

Ventajas y desventajas del sistemaLa utilizacin de este sistema permite un suministro con presin constante en todos los tramos de la red o puntos de alimentacin.

Las desventajas son principalmente econmicas debido al costo inicial de sus instalaciones para su funcionamiento y posterior consumo elctrico mensual y gastos de mantenimiento.

Otra desventaja importante, es que al fallar la energa elctrica la edificacin se queda sin suministro de agua potable.

Subientes de distribucinEs la tubera vertical que partiendo del tanque de presin va dejando la cantidad de agua potable requerida por cada piso de la edificacin.

Clculo del sistema hidroneumticoEl clculo del sistema de distribucin con equipo hidroneumtico incluye los siguientes aspectos:

Clculo de la dotacin diaria.

Dimensionamiento del tanque bajo.Dibujar la isometra del sistema.Determinar los gastos probables.

Asignar los dimetros de cada tramo.

Calcular las prdidas de carga

Clculo del equipo de bombeo.

Seleccin del equipo hidroneumtico

Uno de los objetivos del diseo de este sistema es determinar el rango requerido de presiones mximas y mnimas del equipo.

La presin mnima depender de las caractersticas del proyecto y la presin mxima de la resistencia del material del estanque y de la capacidad de la bomba, en todo caso el objetivo es mantener la presin residual necesaria en la pieza ms desfavorable.

Ciclos de bombeoSe denomina ciclos de bombeo al nmero de arranques de una bomba en una hora.

Cuando se dimensiona un tanque se debe considerar la frecuencia del nmero de arranques del motor en la bomba.

Si el tanque es demasiado pequeo, la demanda de distribucin normal extraer el agua til del tanque rpidamente y los arranques de las bombas sern demasiado frecuentes. Un ciclo muy frecuente causa un desgaste innecesario de la bomba y un consumo excesivo de potencia.

Capacidad del tanque bajoConociendo la Dtd y teniendo en cuenta que el tanque bajo debe tener una capacidad igual al 100 % de la dotacin, se aplica la expresin de volumen:V = L x A x H

donde: V = Dtd en m3

Isometra del sistema hidroneumtico

Clculo de la red de distribucinLos dimetros de la tuberas de la redes de agua fra y agua caliente, se predimensionan acumulando los gastos desde las piezas ms alejadas o ms desfavorables hasta el tanque de presin y calentador respectivamente.

Clculo de tuberas de distribucin

CalienteFraTramo PrdidaJ (m/ml)V

(m/s)

(pulg)Gasto Q

(L/s)Suma de Gastos

en tramo

Tramo Pieza

Sumatoria de Gasto Determinacin de Gasto Probable Dimetro Velocidad Prdidas

Clculo de tuberas de distribucin

PresinCotapisoH- JxLtCarga

HLtQ

L/sTramo JxLt% LRLR

Jm/ml

Vm/s

pulg

Determinacin de las Presiones y Cargas disponibles en los tramos y piezas ms alejadas o desfavorables.

Clculo del equipo de bombeoPotencia de la bomba:

75HQHP

=

HP = Potencia de la bombaQ = capacidad de la bomba en L/s (gasto de bombeo)H = carga total de la bomba en metros.n = Rendimiento o eficiencia

Potencia del motor:Hp motor = 30 % Hp bombaHp motor = 44 % Hp bomba

Capacidad de la bombaDebe ser suficiente para bombear la demanda mxima contra la presin mxima existente en el tanque. La demanda mxima es de aproximadamente 10 veces el consumo promedio diario.

seg 360010)Dtd(L/horaQ =

Dimetro de impulsin y succinCon el gasto de bombeo la norma sanitaria sugiere el uso de la tabla 22 de la misma, para obtener el dimetro de la tubera de impulsin. De igual manera sugiere que el dimetro para la tubera de succin ser el inmediato superior al de la tubera de impulsin.

Dimetros de impulsin y succin

410.16 cm24.0018.51

3 8.89 cm18.5013.51

37.62 cm13.509.51

2 6.35 cm9.506.01

25.08 cm6.003.41

1 3.81 cm3.402.31

1 3.18 cm2.301.51

12.54 cm1.500.86

1.91 cm0.85Hasta

Dimetro interior de la tuberaGasto de bombeo L/s

Carga de la bomba (H)Presin mnima o de arranque de la bombaEs la presin mnima requerida por el sistema para su funcionamiento.

Pmin = hs + hi + hfs + hft + hfd + pmin

Altura de succin (hs)Es la longitud de la tubera que penetra en el tanque subterrneo y llega a la bomba.

hs = altura de agua en el tanque bajo + cmara de aire + espesor de tapa + altura de separacin de la bomba al piso (mnimo 20 cm) separacin de la tubera al fondo.

Altura de succin (hs)

Altura de impulsin (hi)Deben considerarse las caractersticas de la edificacin, nmero de pisos, altura de entrepiso, etc. hi = altura de agua en el tanque bajo + altura de entrepiso x nmero de pisos altura de la bomba sobre el nivel del piso separacin de la tubera al fondo.

Prdidas de carga por friccin (hfs)Se deben al roce o friccin del agua con las paredes internas de la tubera. Se dan a todo lo largo de la tubera. hfs = altura de succin (hs) + altura de impulsin (hi) + longitud horizontal (Lh) de tramos que unen el equipo bomba motor.

Prdidas de carga por turbulencia (hft)Para calcular las prdidas que se producen en las piezas de conexin, se utiliza el concepto de longitud equivalente, en el cual se considera que la prdidas de carga por turbulencia originadas en una pieza de conexin son equivalentes a las prdidas por friccin producidas en un tramo de tubera del mismo dimetro.hft = longitud real (hfs) + % longitud real

Prdidas de carga acumuladas (hfd)Representa la sumatoria de las prdidas de carga que se producen desde la pieza ms desfavorable hasta el tanque de presin.

= + TP lt jhfd DPSPresin mnima en pieza ms desfavorableEl tanque de presin debe garantizar en todo momento una presin mnima de 7.00 m en la pieza menos favorecida del sistema.

Presin mxima o de parada de la bombaLa norma sanitaria establece que la presin diferencial entre la presin mxima y presin mnima no sea inferior a 14.00 m, por tanto, la presin mxima de parada de la bomba representar la carga de la bomba.

H = Pmin + 14.00 m

Capacidad del tanque de presinEl volumen del tanque de presin viene dado por la expresin:

VTP = Q x factor multiplicador

Factor multiplicadorEl factor multiplicador es escogido de acuerdo a la presin mxima y mnima y el numero de arranques por hora. De acuerdo a la siguiente tabla:

6007209004026

5606708253824

5406408003622

5206207803420

5006007403218

4805607003016

4605406802814

4305106402612

6 ARRANQUES5 ARRANQUES4 ARRANQUESPRESION MAXIMA

PRESION MINIMA

FACTOR MULTIPLICADORPRESION (H)