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Sistemas hidroneumaticos

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  • Universidad de San Carlos de Guatemala Facultad de Ingeniera Escuela de Ingeniera Civil

    IMPLEMENTACIN DE SISTEMAS HIDRONEUMTICOS RESIDENCIALES, VENTAJAS Y DESVENTAJAS

    Erick Amaury Argueta Mndez

    Asesorado por el Ing. Guillermo Francisco Melini Salguero

    Guatemala, febrero de 2011

  • UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA

    FACULTAD DE INGENIERA

    IMPLEMENTACIN DE SISTEMAS HIDRONEUMTICOS RESIDENCIALES, VENTAJAS Y DESVENTAJAS

    TRABAJO DE GRADUACIN

    PRESENTADO A LA JUNTA DIRECTIVA DE LA

    FACULTAD DE INGENIERA

    POR

    ERICK AMAURY ARGUETA MNDEZ ASESORADO POR EL ING. GUILLERMO FRANCISCO MELINI SALGUERO

    AL CONFERRSELE EL TTULO DE

    INGENIERO CIVIL

    GUATEMALA, FEBRERO DE 2011

  • UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA FACULTAD DE INGENIERA

    NMINA DE JUNTA DIRECTIVA

    DECANO Ing. Murphy Olympo Paiz Recinos

    VOCAL I Ing. Alfredo Enrique Beber Aceituno

    VOCAL II Ing. Pedro Antonio Aguilar Polanco

    VOCAL III Ing. Miguel ngel Dvila Caldern

    VOCAL IV Br. Luis Pedro Ortz de Len

    VOCAL V P.A. Jos Alfredo Ortiz Herincx

    SECRETARIO Ing. Hugo Humberto Rivera Prez

    TRIBUNAL QUE PRACTIC EL EXAMEN GENERAL PRIVADO

    DECANO Ing. Murphy Olympo Paiz Recinos

    EXAMINADOR Ing. Ronald Estuardo Galindo Cabrera

    EXAMINADOR Ing. Francisco Javier Quinez de la Cruz

    EXAMINADOR Ing. Rafael Enrique Morales Ochoa

    SECRETARIA Inga. Marcia Ivnne Vliz Vargas

  • ACTO QUE DEDICO A:

    MIS PADRES Elmar Amaury Argueta Rodas y Amada Mndez de Argueta, las personas que hicieron posible que lograra llegar a este

    punto, que gracias a su ejemplo y gua me he mantenido

    firme en mi camino y derecho de pensamiento, gracias por su

    amor y comprensin.

    MIS HERMANOS

    Alex, Evelyn y Shirly, su apoyo incondicional y el amor que

    me han brindado me ha dado fuerzas para seguir adelante

    en el difcil camino de la vida, personas invaluables en mi

    corazn.

    MIS SOBRINOS Alex, Joshua y Kevin, que brindan alegra da a da con sus ocurrencias.

    MIS TIOS Dr. Mario Gilberto Argueta Rodas y Profa. Flor de Mara Rodrguez Alburz, en quienes encontr a unos segundos

    padres que me abrieron las puertas de su hogar y de su

    corazn, gracias por todo su cario.

    MIS PRIMOS Mario y Francis, que dejaron de ser mis primos y se convirtieron en mis hermanos, que siempre me apoyaron y

    cuidaron, les agradezco profundamente todo su cario.

  • MIS AMIGOS Y COMPAEROS DE TRABAJO

    Ing. Arturo Garca Serrano, Ing. Walter Sosa, Gloria Reyes,

    Carlos Lpez, quienes se han convertido en una nueva

    familia para mi, y me han brindado su amistad y cario en

    todo momento, su apoyo ha sido imponderable, mil gracias.

  • AGRADECIMIENTOS A:

    DIOS Con su gran bondad nos permite alcanzar las metas que nos proponemos, nos da la

    salud y nos rodea de personas que nos

    apoyan.

    LA UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA

    En especial a la Facultad de Ingeniera, por

    llenarme de conocimientos y formarme

    acadmicamente como profesional.

    LOS DOCENTES DE LA ESCUELA DE INGENIERA CIVIL

    Quienes compartieron sus experiencias y

    conocimientos.

    ING. GUILLERMO FRANCISCO MELINI SALGUERO

    Por la asesora brindada en la realizacin de

    este trabajo de graduacin y por compartir

    sus conocimientos durante el transcurso de

    mis clases, siendo un catedrtico sin reserva

    de conocimientos.

    ING. PEDRO AGUILAR POLANCO

    Por la revisin y correccin prestada en la

    elaboracin del presente trabajo de

    graduacin, cuyas sugerencias fueron de

    gran ayuda y fundamentales.

  • NDICE GENERAL

    NDICE DE ILUSTRACIONES...........

    GLOSARIO......

    LISTA DE SMBOLOS...

    RESUMEN..

    OBJETIVOS

    INTRODUCCIN....

    1 GENERALIDADES.

    1.1 Sistemas hidroneumticos...........

    1.2 Teora sobre sistemas hidroneumticos.

    1.2.1 Tipos de sistemas hidroneumticos

    1.2.2 Caractersticas...

    1.2.3 Partes que componen un sistema hidroneumtico...

    1.2.4 Funcionamiento.......

    1.2.5 Vida til del sistema................

    1.2.6 Fallas mecnicas que influyen en el funcionamiento de

    un sistema hidroneumtico ...

    1.3 Ventajas ante un sistema comn de almacenamiento.

    1.3.1 Ventajas.........

    1.3.2 Desventajas....

    1.4 Informacin requerida para el diseo de un sistema

    hidroneumtico..

    1.4.1 Generalidades.......

    1.4.2 Ciclos de bombeo....

    1.4.3 Presiones......

    I

    III

    VII

    IX

    XI

    XIII

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    16

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    19

  • 1.4.4 Clculo de caudal necesario..

    1.4.5 Prdidas de carga....

    1.4.6 Medicin de cotas....

    2 SELECCIN DEL SISTEMA HIDRONEUMTICO

    2.1 Tablas de rendimiento y especificaciones tcnicas del

    fabricante.

    2.1.1 Nmero de bombas......

    2.1.2 Potencia requerida por la bomba y el motor.

    2.1.3 Dimensionamiento del tanque a presin...

    2.2 Tamao del equipo en funcin del espacio con que se cuenta..

    2.3 Eleccin del sistema segn el caudal de diseo...

    2.4 Costo del equipo.....

    3 COMPARACIN DE UN SISTEMA HIDRONEUMTICO CON

    UN SISTEMA TRADICIONAL...

    3.1 Sistema hidroneumtico comparacin de rendimiento ante

    tanques elevados.......

    3.2 Sistema hidroneumtico comparacin de rendimiento cisternas

    con bomba centrfuga normal.......

    3.3 Comparacin en costo y rendimiento entre un sistema

    hidroneumtico y los mtodos de almacenamiento

    tradicionales

    4 CARACTERSTICAS NECESARIAS EN LA RESIDENCIA PARA LA

    INSTALACIN DE UN SISTEMA HIDRONEUMTICO..

    4.1 Capacidad elctrica...

    4.2 Espacio adecuado y suficiente para la instalacin....

    4.3 Abastecimiento suficiente de agua......

    4.3.1 Dimensionamiento de un tanque cisterna para

    abastecimiento del sistema hidroneumtico a utilizar

    5 APLICACIONES DE SISTEMAS HIDRONEUMTICOS.....

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  • 5.1 Residenciales.

    5.2 Bombeo a tanques de distribucin de agua potable.

    5.3 Riego de plantaciones.......

    5.4 Otras aplicaciones......

    5.4.1 Lavandera......

    5.4.2 Fraccionamientos....

    5.4.3 Edificios de apartamentos...

    5.4.4 Hoteles...

    5.4.5 Industria purificadora de agua.....

    6 EJEMPLOS.....

    6.1 Residencias de tres niveles...

    6.1.1 Clculo de caudal requerido...

    6.1.2 Clculo de tubera....

    6.1.3 Clculo de prdidas de carga.

    6.1.4 Clculo de presin mnima.

    6.2 Dimensionamiento del tanque a presin.

    6.2.1 Ciclo de bombeo...

    6.2.2 Clculos.....

    6.2.3 Volumen til del tanque...

    6.2.4 Porcentaje del volumen utilizable..

    6.2.5 Volumen total....

    6.2.6 Sistema de riego...

    6.2.7 Clculo...

    6.2.8 Dimensionamiento del tanque a presin..

    6.2.9 Ciclos de bombeo....

    6.2.10 Volumen til del tanque.....

    6.2.11 Porcentaje del volumen utilizable del tanque.

    6.2.12 Volumen total.......

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    62

  • 6.3 Dimensionamiento de un tanque cisterna para

    abastecimiento del sistema hidroneumtico a utilizar....

    CONCLUSIONES...

    RECOMENDACIONES.....

    BIBLIOGRAFA....

    ANEXOS

    63

    67

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    71

    73

  • I

    NDICE DE ILUSTRACIONES

    FIGURAS

    1 Presurizador con bomba perifrica.....

    2 Bomba jet en acero inoxidable con tanque horizontal y vertical..

    3 Bomba jet en hierro gris tanque vertical.....

    4 Equipo hidroneumtico con dos bombas multietapas con tanque

    vertical en acero..

    5 Equipo hidroneumtico con tres bombas multietapas con tanque

    vertical de acero..

    6 Esquema de funcionamiento

    7 Hidroneumtico residencial

    8 Ejemplo del perfil de un tanque cisterna.

    3

    4

    4

    5

    5

    11

    17

    44

    TABLAS

    I. Tabla para seleccin de tubera pvc para aplicaciones a

    presin.

    II. Tabla de dotacin mxima recomendada por la OMS....

    III. Tabla para el clculo del caudal diario.......

    IV. Tabla para seleccin de sistemas hidroneumticos basada

    en el consumo promedio habitante da.

    V. Tabla de precios de sistemas hidroneumticos...

    VI. Tabla ejemplo para clculo de demanda total diaria...

    16

    22

    22

    28

    31

    41

  • II

  • III

    GLOSARIO

    Abrasin Accin mecnica de rozamiento que provoca la erosin o desgaste de un material o tejido.

    labe Cada una de las paletas curvas de una rueda hidrulica o una turbina.

    Bridado Unin entre tuberas, ya sea para aumentar su longitud o para un cambio de direccin.

    Carcasa En general, conjunto de piezas duras y resistentes, que dan soporte (interno) o protegen (exteriormente) a otras

    partes de un equipo.

    Cavitacin Efecto hidrodinmico que se produce cuando el agua o cualquier otro fluido, pasa a gran velocidad por una arista

    afilada, produciendo una descompresin del fluido debido

    a la conservacin de la constante de Bernoulli (principio

    de Bernoulli). Las burbujas formadas viajan a zonas de

    mayor presin e implotan, debilitando metalrgicamente

    el material, causando cavitaciones o erosin.

  • IV

    Dispositivo de encendido simultneo

    Comnmente llamado simultaneador, es un dispositivo

    de control de encendido para el arranque simultneo de

    dos o ms bombas de agua.

    Electrodos Conductor utilizado para hacer contacto con una parte no

    metlica de un circuito, por ejemplo un semiconductor, un

    electrolito, el vaco (en una vlvula termoinica), un gas

    (en una lmpara de nen), etc.

    Flujo Movimiento de una sustancia lquida o gaseosa, es decir, un fluido.

    Fluxmetro Mecanismo que al ser accionado por el usuario, produce en los inodoros y urinarios, una descarga de agua

    abundante y corta para efectuar el lavado eficaz de la

    taza.

    Manmetro Instrumento de medida que sirve para medir la presin de fluidos contenidos en recipientes cerrados. Existen,

    bsicamente, dos tipos: los de lquidos y los de gases.

  • V

    Prdida de nivel dinmico de succin

    Comnmente llamado descebado, esto se traduce en

    que la bomba ha perdido el lquido necesario para

    mantener el equilibrio dinmico en la tubera de succin,

    con lo cual no puede continuar el proceso de bombeo

    hasta recuperar dicho nivel a la boca de succin de la

    bomba.

    Presostato Tambin conocido como interruptor de presin, es un instrumento que cierra o abre un circuito elctrico,

    dependiendo de la lectura de presin de un fluido.

    Presurizado Componente que mantiene una presin constante en su interior, ya sea fija o derivada del uso de un compresor

    que la mantenga a un nivel determinado.

    Rodete Rotor situado dentro de una tubera o un conducto encargado de impulsar un fluido. Generalmente se utiliza

    este trmino para referirse al elemento mvil de una

    bomba centrfuga, pero en ocasiones tambin se utiliza

    para referirse al elemento mvil de turbinas y

    ventiladores.

    Termoinica

    Tambin llamada vlvula termoinica, vlvula de vaco,

    tubo de vaco o bulbo, es un componente electrnico

  • VI

    utilizado para amplificar, conmutar, o modificar una seal

    elctrica mediante el control del movimiento de los

    electrones en un espacio "vaco" a muy baja presin, o

    en presencia de gases especialmente seleccionados.

    Vacumetro Instrumento que mide, con gran precisin, presiones absolutas inferiores a la presin atmosfrica. Se le utiliza

    tanto en la industria como en el campo de la

    investigacin cientfica y tcnica.

    Vlvula de alivio Vlvula que permite drenar o disminuir la compresin en el interior de los conductos.

  • VII

    LISTA DE SMBOLOS

    Bomba

    Hp Caballos de fuerza (horse power)

    Qd Caudal de diseo

    Tc Ciclos de bombeo

    Codo 90

    Compresor

    P.S.I. Libras por pulgada cuadrada

    Manmetro

    M.C.A Metros columna de agua

    Pmx Presin mxima

    Pmn

    Presin mnima

  • VIII

    Presostato

    Tee 90

    Vlvula de paso

    Vlvula de pie

    Vlvula de retencin

  • IX

    RESUMEN

    Mediante el presente trabajo se pretende, conocer las ventajas y

    desventajas que conlleva la utilizacin de un sistema hidroneumtico

    residencial.

    En el captulo uno se presentan las generalidades de estos sistemas, as

    como los tipos de sistemas de que se dispone en el mercado; adems se listan

    las ventajas y desventajas que estos sistemas presentan. En el captulo dos se

    brindan pautas para la seleccin del sistema hidroneumtico adecuado a cada

    propsito. El captulo tres presenta una comparacin entre los sistemas

    hidroneumticos y los sistemas tradicionales, tales como los tanques elevados y

    los sistemas de bombeo tradicionales. El captulo cuatro enumera las

    caractersticas necesarias en la residencia para el adecuado funcionamiento de

    un sistema hidroneumtico. El captulo cinco muestra la versatilidad de estos

    sistemas, enumerando algunos de los usos que stos puedan tener y por ltimo

    en el captulo seis se presentan varios ejemplos.

  • X

  • XI

    OBJETIVOS

    General Disear un sistema hidroneumtico para residencias no mayores de tres

    niveles, con un mximo de diez personas, optimizando la presin y reduciendo

    costos.

    Especficos 1. Describir los elementos principales de un sistema hidroneumtico

    residencial.

    2. Indicar las ventajas y desventajas del uso de un sistema hidroneumtico

    3. Proporcionar criterios para disear un sistema de acuerdo a las

    necesidades requeridas, no importando el uso que se le pueda dar.

    4. Proporcionar criterios para la seleccin del equipo hidroneumtico

    adecuado, tratando de minimizar el costo y aumentar la eficiencia del

    sistema.

  • XII

  • XIII

    INTRODUCCIN

    Podra considerarse que la creciente demanda de vivienda en el pas ha hecho necesario poner en prctica otros mtodos constructivos, as como el uso

    de nuevos aditamentos que requieren el uso de sistemas y equipos que

    garanticen su buen funcionamiento, adems de la reduccin de los espacios

    para la construccin. Esto ha hecho necesario optimizar el uso de los espacios

    y de los procesos.

    De lo mencionado anteriormente, se toma la decisin de desarrollar este

    trabajo de graduacin, con el cual se explica el diseo, usos e instalacin de los

    sistemas hidroneumticos. stos fueron diseados con el propsito de competir

    con los sistemas tradicionales de distribucin y almacenamiento de agua

    potable, optimizando la presin de uso, as como el espacio, ya que stos

    pueden instalarse en espacios reducidos y ser prcticamente invisibles dentro

    de la estructura, manteniendo la esttica en el diseo, dando como resultado

    que todos los equipos, aditamentos y accesorios de la red de aguas blancas de

    la estructura funcionen de acuerdo a las normas establecidas, que el uso

    industrial sea seguro y satisfactorio, y que el uso de estos sistemas en riego

    vaya en aumento, dado que reduce el desperdicio y el uso de personal,

    colaborando de esta forma con la reduccin de costos directos e indirectos a

    corto y largo plazo.

    En resumen los sistemas hidroneumticos facilitan los procesos que

    necesitan de una presin de agua constante, ya sean habitacionales, o

    industriales, minimizan costos y optimizan espacios que pueden ser utilizados

    para otro propsito.

  • XIV

  • 1

    1. GENERALIDADES

    1.1 Sistemas hidroneumticos

    Los sistemas hidroneumticos sirven para mantener la presin constante

    en las tuberas de aguas blancas dentro de una casa, oficina o planta

    purificadora. Estos sistemas permiten que el lquido salga a la presin y flujo

    adecuado, sin importar la distancia a la que se encuentren los equipos y

    artefactos que demandan agua.

    Los sistemas hidroneumticos han demostrado ser una opcin eficiente y

    verstil, con grandes ventajas frente a otros sistemas. Evita construir tanques

    elevados, colocando un sistema de tanques parcialmente llenos con aire a

    presin; lo cual provoca que la red hidrulica mantenga una presin, mejorando

    el funcionamiento de lavadoras, filtros, regaderas, llenado rpido de depsitos

    en inodoros, operaciones de fluxmetros y riego por aspersin, entre otros; lo

    cual demuestra la importancia de estos sistemas en diferentes reas de

    aplicacin. Asimismo evitar la acumulacin de algas y suciedad en tuberas por

    flujo a bajas velocidades. Este sistema no requiere tanques ni red hidrulica de

    distribucin en las azoteas de los edificios (evitando problemas de humedades

    por fugas en la red) que dan tan mal aspecto a las fachadas y adems quedan

    espacios libres para diferentes usos.

  • 2

    1.2 Teora sobre sistemas hidroneumticos

    Los sistemas hidroneumticos se basan en el principio de

    compresibilidad o elasticidad del aire cuando es sometido a presin,

    funcionando de la siguiente manera: el agua que es suministrada desde la

    acometida pblica u otra fuente, es retenida en un tanque de almacenamiento;

    de donde, a travs de un sistema de bombeo, ser impulsada a un recipiente a

    presin (de dimensiones y caractersticas calculadas en funcin de la red), y

    que posee volmenes variables de agua y aire.

    Cuando el agua entra al recipiente aumenta el nivel de agua, se

    comprime el aire y aumenta la presin, cuando se llega a un nivel de agua y

    presin determinados (Pmx.), se produce la seal de parada de bomba y el

    tanque queda en la capacidad de abastecer la red; cuando los niveles de

    presin bajan, a los mnimos preestablecidos (Pmn.) se acciona el mando de

    encendido de la bomba nuevamente. Como se indic, la presin vara entre

    Pmx y Pmn, y las bombas prenden y apagan continuamente. El diseo del

    sistema debe considerar un tiempo mnimo entre el encendido de las bombas,

    conforme a sus especificaciones; un nivel de presin (Pmn), conforme al

    requerimiento de presin de instalacin; y una presin (pmx), que sea tolerable

    por la instalacin hidrulica y proporcione una buena calidad de servicio.

    1.2.1 Tipos de sistemas hidroneumticos

    a. Presurizador o Hidrocell Consiste en un sistema de presurizacin completo, en forma de paquete,

    que proporciona agua a presin constante en toda la red hidrulica de la casa.

  • 3

    Figura 1. Presurizador con bomba Perifrica (1/2 H. P. o 3/4 H. P.) b. Hidroneumticos simples

    Consiste en un sistema hidroneumtico (agua-aire) completo, en forma de

    paquete, que proporciona agua a presin en toda la red hidrulica de la

    residencia.

    Requiere de suministro de electricidad y conectar la succin de la bomba a

    la cisterna, tinaco o depsito de agua y descarga del equipo a la tubera. Est

    diseado para uso residencial y comercial. Fabricado con el criterio de alta

    calidad para lograr una excelente operacin durante muchos aos sin

    problemas de mantenimiento.

  • 4

    Figura 2. Bomba jet en acero Inoxidable Tanque horizontal (acero)

    Figura 3. Bombas jet en hierro gris tanque vertical (fibra de vidrio) y bomba multietapas tanque vertical (acero)

    c. Hidroneumticos mltiples Funcionan de igual manera que los sistemas hidroneumticos simples con

    la diferencia que stos utilizan dos o ms bombas para generar la presin en el

    tanque, dado que se utilizan en estructuras ms grandes que requieren de una

    mayor presin para alcanzar los niveles ms altos, o por el uso de maquinaria

    industrial que requiere de mucha ms presin de lo normal. Estn fabricados

    con el criterio de alta calidad para lograr una excelente operacin durante

    muchos aos sin problemas de mantenimiento.

  • 5

    Figura 4. Equipo hidroneumtico con dos bombas multietapas con tanque vertical en acero

    Figura 5. Equipo hidroneumtico con tres bombas multietapas con tanque vertical

    1.2.2 Caractersticas

    a. Sistema presurizador o hidrocell Por su diseo al tener el presurizador pegado a la descarga, el recorrido

    de aspiracin es mnimo y es posible reducir prdidas de carga.

  • 6

    Fcil de instalar, ya que se suministra completamente armado y probado, solo requiere de alimentacin elctrica, conectar la succin del equipo a la

    fuente de alimentacin de agua y a la descarga de la red de la tubera.

    Operacin automtica No necesita tanque ni equipo de control como interruptor de presin y

    manmetro, el control de encendido y apagado se realiza debido a su

    tarjeta electrnica.

    Bajo consumo de energa. Rango de suministro de 1 a 3 baos completos (incluyendo cocina y una

    lavadora), trabajando la instalacin al 100%, con tubera de 1/2" de

    dimetro.

    b. Sistemas hidroneumticos simples

    Es fcil de instalar, ya que se suministran completamente armados y probados, slo se requiere de alimentacin elctrica, y conectar la succin

    del equipo a la fuente de agua y a la descarga de la red de tuberas.

    Bomba perifrica tipo jet (hierro gris o acero inoxidable) o bomba multietapas.

    Bomba en capacidades de 1/2 H. P. hasta 1.0 H. P. Tanque en acero con membrana (modelos de 19 a 60 lts.) o diafragma en

    fibra de vidrio con membrana intercambiable.

    Bajo consumo de energa Rango de suministro de 1 a 5 baos completos (incluyendo cuarto de

    servicio y cocina), trabajando la instalacin al 100%, con tubera de 1/2" de

    dimetro.

  • 7

    c. Sistemas hidroneumticos mltiples

    Fcil de instalar, ya que se suministran completamente armados y probados, slo se requiere de alimentacin elctrica, y conectar la succin

    del equipo a la fuente de agua y a la descarga de la red de tuberas

    Banco de 2 a 4 bombas multietapas, verticales u horizontales (velocidad variable a partir de 3 bombas).

    Tablero de encendido simultneo con protecciones contra sobrecorriente, luces piloto, activacin manual o automtica. En caso que la demanda

    sea mayor al flujo de una sola bomba el sistema lo detecta y hace

    funcionar el nmero de bombas requerido para mantener una presin

    constante en toda la lnea.

    Tubo concentrador de flujo, con unin removible para fcil mantenimiento. Tanque precargado (en acero o fibra de vidrio), adecuado a la demanda. Base en hierro para fijar las bombas y el tablero de encendido

    simultneo, esto facilita su instalacin y mantenimiento.

    1.2.3 Partes que componen un sistema hidroneumtico

    El sistema hidroneumtico deber estar construido y dotado de los

    componentes que se indican a continuacin:

    a. Un tanque de presin, el cual consta, entre otros, de un orificio de entrada y otro de salida para el agua (en ste se debe mantener un sello de agua

    para evitar la entrada de aire en la red de distribucin) y uno para la

    inyeccin de aire en caso de faltar el mismo.

  • 8

    b. Un nmero de bombas acorde con las exigencias de la red (una o dos para viviendas unifamiliares y dos o ms para edificaciones mayores).

    c. Interruptor elctrico para detener el funcionamiento del sistema, en caso faltara el agua, cualquiera que fuere el suministro.

    d. Llaves de purga en las tuberas de drenaje.

    e. Vlvula de retencin en cada una de las tuberas de descarga de las bombas al tanque hidroneumtico.

    f. Conexiones flexibles para absorber las vibraciones.

    g. Llaves de paso entre la bomba y el equipo hidroneumtico; y entre ste y el sistema de distribucin.

    h. Manmetro. (*)

    i. Vlvula de seguridad.

    j. Dispositivo para control automtico de la relacin aire/agua. (*)

    k. Interruptores de presin para arranque a presin mnima y parada a presin mxima, arranque aditivo de la bomba en turno y control del

    compresor. (*)

    l. Indicador exterior de los niveles en el tanque de presin, para la indicacin visual de la relacin aire/agua.

  • 9

    m. Tablero de potencia y control de los motores. n. Dispositivo de drenaje del tanque hidroneumtico, con su correspondiente

    llave de paso. (*)

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

    p. Filtro para aire, en el compresor o equipo de inyeccin.

    (*) NOTA: para los sistemas instalados en viviendas unifamiliares y bifamiliares,

    los requerimientos sealados en los incisos h, j, k y n podrn suprimirse.

    1.2.4 Funcionamiento

    Es un sistema constituido bsicamente por un tanque hermticamente

    cerrado, tambin llamado tanque presurizado, en el cual se almacena agua y

    aire a presin, por medio de una membrana que los separa, membrana que se

    encarga de mantener la presin de aire, con valores convenientes para su

    distribucin y utilizacin en una red de agua potable o de riego.

    El aire a presin acta como elemento elstico (resorte) impulsando la

    salida del agua contenida en el tanque conforme a los requerimientos de un

    consumo que se alimenta desde el mismo.

    Como consecuencia de la salida del agua contenida en el tanque

    disminuye la presin interior en el mismo hasta que un proceso de inyeccin de

    agua repone la consumida, llevando la presin a un nuevo valor y cerrando un

    ciclo.

  • 10

    Agregando una bomba para inyectar agua en el tanque queda

    configurado el funcionamiento del sistema hidroneumtico segn el siguiente

    esquema de pasos:

    La bomba inyecta agua a presin en el tanque comprimiendo el aire contenido en el mismo. En un ciclo inicial el tanque est lleno solamente

    de aire a la presin atmosfrica y la entrada de agua comprime el aire

    interior, aumentando la presin hasta llegar a un valor mximo

    previamente establecido, valor que medido por un presostato (interruptor

    accionado por la presin en el tanque) detiene el funcionamiento de la

    bomba.

    La salida de agua del tanque (por utilizacin o consumo) se produce a expensas de la presin acumulada en el mismo (disminucin). Cuando se

    llega a un valor mnimo prefijado, medido por un presostato, se pone

    nuevamente en marcha la bomba.

    Se completa en esta forma el ciclo del sistema hidroneumtico, entre la presin mxima en que el presostato, que tambin es conocido como

    interruptor de presin, es un instrumento que abre o cierra un circuito

    elctrico, dependiendo de la lectura de presin, detiene la bomba en la

    presin mnima en la que el presostato la vuelve a poner en marcha,

    comenzando as un nuevo ciclo.

    Puede decirse que toda instalacin para distribucin de agua (uso

    sanitario, incendio, riego, etc.) puede ser abastecida desde un sistema

    hidroneumtico.

  • 11

    Vlvula de pie

    Acometida

    Presostato Electrodos

    Manmetros

    Red

    Tablero

    Compresor

    Protectormarcha enseco

    Drenaje

    Nivel alto

    Nivel bajo

    Bomba

    Vlvula de chequeVlvula de paso

    A continuacin se presenta un esquema que ejemplifica el funcionamiento:

    Figura 6. Esquema de funcionamiento

    1.2.5 Vida til del sistema

    La vida til de un sistema hidroneumtico, en este caso residencial y

    para edificios de poca altura, depender del programa de mantenimiento que

    pueda darse al sistema, ya que la vida media de un equipo de este tipo supera

    los diez aos, si se le da un mantenimiento adecuado, para ello se anexa a

    este trabajo de graduacin un manual de mantenimiento para sistemas

    hidroneumticos (anexos , pgina 2), con el cual se podr alargar la vida del

    equipo, no se toma en cuenta el aumento poblacional ya que por ser un sistema

    residencial el aumento de la demanda no es significativo.

  • 12

    1.2.6 Fallas mecnicas que influyen en el funcionamiento de un sistema hidroneumtico

    Entre los problemas mecnicos comunes que puede presentar un sistema

    hidroneumtico se pueden considerar los siguientes:

    a. Si la bomba prende y apaga con mucha frecuencia

    Poco volumen de aire

    o En el visor de agua que tiene el tanque se observa si el nivel de agua est ms arriba de las 2/3 partes de la altura del tanque.

    o En caso afirmativo, se encender el compresor de modo manual para incrementar la presin de aire y reducir el nivel de agua, hasta que el

    nivel baje.

    Compresor desconectado

    o Se verifica la posicin del selector de encendido del compresor, puede ser que est en apagado.

    o Colocar el selector en modo automtico. o Si no es este el caso, revisar el fusible. o Si ninguna de estas medidas da resultado, consultar al tcnico.

    Fuga de aire en el tanque

    o Se vierte agua jabonosa sobre el tanque, fundamentalmente en las costuras de soldadura, esto sucede si tambin hay ruptura en la

    membrana interna.

  • 13

    o Si se producen burbujas, hay un orificio en ese punto y habr que soldarlo.

    Control de volumen defectuoso

    o Descartadas las causas antes descritas, es probable que se trate de este elemento, en cuyo caso se llamar al tcnico para que lo

    desmonte, revise y cambie si es necesario.

    Interruptor de presin

    o Revisar los contactos y la graduacin. o Llamar al tcnico para que lo ajuste, repare o cambie si es necesario.

    Fugas de agua en la tubera

    b. Si las bombas no prenden o apagan automticamente

    Verificar en el tablero la posicin del selector de encendido. Verificar en el tablero de control el estado de los fusibles. En caso de no tratarse de ninguno de los elementos sealados, se acudir

    al tcnico de mantenimiento para que revise el equipo.

    c. Solucin ideal a las fallas descritas

    El sistema hidroneumtico es un equipo delicado, por consiguiente, es

    conveniente que cualquier falla en la operacin del mismo sea reportada y

    corregida por personal especializado, de lo contrario se corre el riesgo de

    causar desperfectos mayores.

  • 14

    Se debe verificar el nivel de aceite del compresor, si el modelo lo

    requiere, al menos una vez al mes.

    1.3 Ventajas ante un sistema comn de almacenamiento

    1.3.1 Ventajas

    La presin de agua es regulada a voluntad. Tiene su propio depsito de agua, por lo que, ante cortes de energa se

    mantiene una reserva presurizada disponible para utilizar. Agotada sta, el

    agua fluye a presin normal.

    No importa la distancia de ubicacin del sistema en planta ni en altura con respecto a la demanda.

    La bomba trabaja con rendimiento adecuado durante breves perodos, hasta alcanzar la presin de corte. Esto, adems de darle mayor vida til

    al equipo, genera un menor costo de operacin.

    Es totalmente automtico. Este sistema, cada vez ms utilizado en el mundo, permite alimentar

    simultneamente distintos servicios como consumo sanitario domiciliario,

    riego, mquinas de lavado, servicios contra incendio, procesos

    industriales, etc.

    Silencioso. Excelente presin en toda la red hidrulica, mejorando el funcionamiento

    de lavadoras, filtros, regaderas, llenado rpido de depsitos en inodoros,

    operacin de fluxmetros y riego por aspersin, entre otros. As mismo

    evita la acumulacin de suciedad y algas en las tuberas por flujo a baja

    velocidad.

    No requiere tanques en las terrazas que den mal aspecto a las fachadas y sobrecarguen la estructura de la construccin.

  • 15

    No requiere red hidrulica de distribucin en las terrazas, quedando libres para diferentes usos, evitando humedades por fugas en la red.

    Totalmente higinicos, ya que no hay tanques abiertos en contacto con el polvo, microbios, insectos y pequeos animales. 1.3.2 Desventajas

    En este tipo de sistemas no son numerosas las desventajas que pueden

    mencionarse ya que fueron diseados y fabricados con el propsito de competir

    con los sistemas ya existentes y de esa manera mejorar de gran forma el uso y

    distribucin del agua dentro de las estructuras para las que fueron diseadas,

    optimizando presiones.

    Una de las desventajas ms notables en estos sistemas es el uso de energa elctrica, ya que el sistema depende por completo de ella, y al no

    haber corriente el servicio de agua se detiene por completo.

    Otra de las desventajas es la falta de agua en las tuberas a causa del mal servicio, falta o corte del mismo, aunque este problema puede

    resolverse de varias formas, como son el uso de cisternas subterrneas o

    tinacos a nivel del suelo para tener una reserva aceptable y mantener

    continuo el flujo de agua sin importar el servicio externo.

    Tiene un consumo de energa como se detalla en el captulo cinco, en los requerimientos elctricos de la residencia que aunque mnimo es una

    desventaja en relacin a los tanques elevados que funcionan con solo el

    efecto de la gravedad.

  • 16

    1.4 Informacin requerida para el diseo de un sistema hidroneumtico 1.4.1 Generalidades

    Primeramente deben tomarse en cuenta ciertas consideraciones

    generales para el clculo.

    El clculo del sistema hidroneumtico requiere de dos pasos previos

    como lo son el clculo de la dotacin diaria (caudal de bombeo) y de la carga

    dinmica total de bombeo.

    Los dimetros de la tubera de impulsin se calcularn en funcin del

    gasto de bombeo, pudiendo seleccionarse conforme a la siguiente tabla,

    dimetros para la tubera principal de impulsin, pudiendo reducirse el dimetro

    de la red distribuidora dentro de la vivienda hasta un dimetro de ,

    dependiendo de los accesorios a utilizar.

    Tabla I. Manual de diseo y seleccin de tubera de pvc para aplicaciones a presin

    Nominal Interno Plg. Plg.

    de 0.05 hasta 0.39 1/2 0.50 de 0.40 a 0.85 3/4 0.82 de 0.86 a 1.50 1 1.04 de 1.51 a 2.30 1 1/4 1.39 de 2.31 a 3.40 1 1/2 1.61 de 3.41 a 6.00 2 2.07 de 6.01 a 9.50 2 1/2 2.47 de 9.51 a 13.50 3 3.07 de 13.51 a 24.00 4 4.02

    Lts/Seg

    DimetrosCaudales

    Fuente: Asociacin Guatemalteca de Fabricantes de Tuberas en PVC

  • 17

    Puede estimarse el dimetro de la tubera de succin, de la misma forma que la de impulsin utilizando la tabla anterior.

    En la tubera de impulsin e inmediatamente despus de la bomba, deber instalarse una vlvula de retencin y una de compuerta.

    En el caso de que la tubera de succin no trabaje bajo carga (succin negativa), deber instalarse una vlvula de pie en su extremo, para

    prevenir la prdida del nivel de succin de las bombas.

    La altura dinmica total (ADT) de bombeo es la resultante de la sumatoria de:

    a. Diferencia de cotas entre el sitio de colocacin de la vlvula de pie y la cota superior del agua en el artefacto ms desfavorable o ms alto.

    b. Las fricciones ocurridas en la succin de la bomba, descarga de la misma e instalacin hasta la cota ms alta.

    Figura 7. Hidroneumtico residencial

  • 18

    1.4.2 Ciclos de bombeo Para el clculo de un sistema hidroneumtico de bombeo se tomarn en

    consideracin los llamados ciclos de bombeo, es decir, el nmero de arranques

    del equipo de bombeo en un perodo de una hora.

    Cuando se dimensiona un tanque se debe considerar la frecuencia del

    nmero de arranques del motor de 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 desgaste innecesario de la bomba y un consumo

    excesivo de potencia.

    Por convencin se usa una frecuencia de 4 a 6 ciclos por hora, el ciclo de

    cuatro (4) arranques por hora se usa para el confort del usuario y se considera

    que con ms de seis (6) arranques por hora puede haber un

    sobrecalentamiento del motor, desgaste innecesario de la bomba y excesivo

    consumo de energa elctrica.

    El punto en que ocurre el nmero mximo de arranques, es cuando el

    caudal de demanda de la red alcanza el 50% de la capacidad de la bomba. En

    este punto el tiempo que funcionan las bombas iguala al tiempo en que estn

    detenidas. Si la demanda es mayor que el 50%, el tiempo de funcionamiento

    ser ms largo; cuando la bomba se detenga, la demanda aumentada extraer

    el agua til del tanque ms rpidamente, pero la suma de los dos perodos,

    ser ms larga.

  • 19

    1.4.3 Presiones

    a. Presin mnima

    La presin mnima de operacin (Pmn) del cilindro del sistema

    hidroneumtico deber ser tal que garantice, en todo momento, la presin

    requerida (presin residual) en la toma ms desfavorable, es decir, en el punto

    ms alto al que debe llegar el agua y podr determinarse con la siguiente

    frmula:

    2+ hr=

    2gPmn h + hf + V

    En donde:

    h = Altura geomtrica entre el nivel inferior y el nivel superior del lquido

    hf = La sumatoria de todas las prdidas (tanto en la tubera como en accesorios) que sufre el fluido desde la descarga del tanque hasta la toma ms

    alejada.

    V = Energa cintica o presin dinmica.

    2g

    hr = Presin residual

    En cuanto a la presin mnima se recomienda que no sea menor a 14

    M.C.A. (20 psi), sin embargo, no se fija lmite mximo que se pueda utilizar, por

    lo que hay que tener en cuenta que al aumentar el diferencial de presin,

    aumenta la relacin de eficiencia del cilindro considerablemente y por lo tanto

    reduce el tamao final del mismo; pero tambin aumentar demasiado el

    diferencial puede ocasionar inconvenientes pequeos, tales como un mayor

  • 20

    espesor de lmina del tanque, elevando as su costo y obligando a la

    utilizacin de bombas de mayor potencia para vencer la presin mxima, o

    graves, tales como fugas en las piezas sanitarias y acortamiento de su vida til,

    o el total reemplazo del sistema hidroneumtico.

    La eleccin de la presin mxima se prefiere dejar a criterio del

    proyectista.

    b. Presin diferencial y mxima Se recomienda que la presin diferencial no sea inferior a 14 metros

    columna de agua (20 PSI). Sin embargo, no fija un lmite mximo que se pueda

    utilizar, por lo que hay que tener en cuenta que al aumentar el diferencial de

    presin, aumenta la relacin de eficiencia del cilindro considerablemente y por

    lo tanto reduce el tamao final del mismo; pero aumentar demasiado el

    diferencial puede ocasionar inconvenientes, pequeos, tales como un mayor

    espesor de la lmina del tanque, elevando su costo y obligando a la utilizacin

    de bombas de mayor potencia para vencer la presin mxima, o graves, tales

    como fugas en las piezas sanitarias y acortamiento de su vida til. La eleccin

    de la presin mxima (Pmax) se deja a criterio del diseador.

    1.4.4 Clculo del caudal necesario

    Se conocen varios mtodos para el clculo de caudales necesarios para

    el funcionamiento de un sistema de este tipo, pero en este caso se presenta

    uno de los ms usados y de fcil clculo, la estimacin de la demanda se har

    de acuerdo a la siguiente frmula, la cual es de uso nicamente domiciliar, es

    decir, para viviendas unifamiliares o edificios pequeos de no ms de 15

    personas.

  • 21

    Qd = (DOTACIN)(No. HABITANTES + REA DE RIEGO) = (Lps)

    86,400

    Donde:

    Qd = caudal de demanda en litros por segundo.

    Dotacin = Total litros de la demanda diaria por habitante.

    No. Habitantes = Nmero de habitantes estimados en la vivienda.

    rea de riego = rea verde existente en la residencia que requiera de

    riego.

    Esta frmula abarca un rango de cinco (5), hasta un mximo de treinta

    (30) piezas, puesto que las viviendas unifamiliares con ms de treinta piezas

    son casos atpicos. Por lo cual para este tipo de sistemas es permitido el uso

    de una sola unidad de bombeo.

    Consideraciones

    El clculo del caudal depender, en este caso, del nmero y tipo de

    artefactos y equipos instalados y del probable uso simultneo y del destino del

    edificio. La tabla siguiente indica la dotacin mxima recomendada por la OMS

    (Organizacin Mundial de la Salud); por otra parte hay que tomar en cuenta que

    la dotacin utilizada generalmente en el pas no excede de los 150

    litros/habitante/da:

  • 22

    Tabla II. Dotacin mxima recomendada

    TIPOS DE EDIFICIOS DOTACIN MNIMA RECOMENDABLE

    HABITACIONAL 250 LT/HAB/DA

    OFICINAS70 LT/EMPLEADO DA 20 LT/M2 DE REA RENTABLE

    AUDITORIOS 5 LT/ESPECTADOR/FUNCIN

    ESCUELAS 30 LT/ALUMNO/DA

    CAFETERAS 15 - 30 LT/COMENSAL

    LAVANDERAS 40 LT/KG. DE ROPA SECA

    RIEGO DE JARDINES 3-5 LT/M2/DA Fuente: Organizacin Mundial de la Salud (OMS)

    De la tabla anterior, que es un promedio de los caudales para una zona

    residencial de clase media alta segn la OMS, se tendra por ejemplo lo

    siguiente:

    Tabla III. Clculo del caudal diario

    USO DOT. MNIMA CANTIDADVOLUMEN DIARIO HABITANTE

    DA

    RESIDENCIA LT/HAB/DA No. De HAB. No. DE HAB. POR DOT. MNIMA

    JARDN LT/M2/DA REA EN M2 LT/M2/DA POR REATOTAL DEMANDA DIARIA SUMATORIA EN LTS

    Fuente: Sistemas Hidroneumticos de Centroamrica, manual de procedimiento para el clculo y seleccin de sistemas hidroneumticos y de bombeo, ao de 1998, Mxico 1.4.5 Prdidas de carga

    No son ms que las prdidas que ocurren en la tubera as como en todos

    los accesorios que conforman la red de distribucin y la tubera de succin del

    sistema hidroneumtico.

  • 23

    La frmula para calcular la prdidas de carga es la de Blasius (manual de

    procedimiento para el clculo y seleccin de sistemas hidroneumticos y de

    bombeo, sistemas hidroneumticos de Centroamrica, ao de 1998), ya que

    permite usarla con tuberas menores de 50 milmetros con un nmero de

    Reynolds < 10^5.

    1.75

    Qhc = L

    4.75

    D

    0.473

    Donde:

    Q = caudal en l/h D = dimetro en (mm) L = longitud en (m) hc = Prdidas de carga (M.C.A.)

    Teniendo la frmula slo resta completar los datos que deben sustituirse

    en la misma como lo son la velocidad; el dimetro interno de la tubera; y el

    caudal, en litros por hora.

    Criterio de diseo de acuerdo a la presin obtenida Por tratarse una estructura pequea, la prdida de carga es menor, por lo que se adopta el criterio general de no manejar una presin menor a los 14

    m.c.a. (20 psi), generando una presin de 20 psi en toda la residencia y una

    velocidad de 2 m/s, la cual genera una combinacin ideal entre velocidad y

    presin para el uso de cualquier equipo o toma de agua en cualquier parte de la

    edificacin, sin correr el riesgo de falla.

  • 24

    1.4.6 Medicin de cotas

    El objetivo de la medicin de las cotas es conocer las prdidas de carga

    en la tubera, as como la altura de la toma ms alejada a donde debe llegar el

    lquido y que la presin en ese punto sea la misma que en la toma ms cercana

    al sistema hidroneumtico, as como la carga de succin que va desde la fuente

    de abastecimiento al sistema hidroneumtico.

    En las pginas 18 y 19 de los anexos se ejemplifica de qu manera se

    deben medir las cotas que proporcionan informacin vital para el buen

    funcionamiento de cualquier tipo de equipo de bombeo que se utilice, sin

    importar la estructura o el tamao de la misma.

  • 25

    2 SELECCIN DEL SISTEMA HIDRONEUMTICO

    Para la seleccin del sistema debe tomarse en cuenta, antes que nada, el

    caudal diario que debe hacer circular el sistema, tipo de bomba o motor y

    calcular la potencia que sta debe generar para que el depsito que provee la

    presin sea abastecido de forma correcta y constante cuando sea necesario, es

    decir, cada vez que los ciclos de bombeo se repitan.

    La primera consideracin al seleccionar el tamao de las bombas, es el

    hecho de ser capaces, por s solas, de abastecer la demanda mxima dentro de

    los rangos de presiones y caudales, proveyendo al menos el 140% de la

    demanda mxima probable.

    2.1 Tablas de rendimiento y especificaciones tcnicas del fabricante 2.1.1 Nmero de bombas

    En el caso de viviendas que albergan un mximo de 10 personas se

    recomienda el uso de una sola bomba, en cualquier otro tipo de edificaciones

    deben seleccionarse dos o ms unidades de bombeo, en los anexos se

    presentan tablas que esquematizan el equipo de bombeo adecuado para este

    caso (Pginas 13, 14 y 15 de los anexos).

  • 26

    2.1.2 Potencia requerida por la bomba y el motor

    La potencia de la bomba para un sistema hidroneumtico podr calcularse

    con la frmula presentada a continuacin:

    Q (lps)*H(metros)HP =

    76*(n)

    Donde:

    HP = Potencia de la bomba en caballos de fuerza Q = Caudal en litros por segundo que la bomba debe impulsar.

    H = Carga total de la bomba, en este caso la altura geomtrica y las prdidas por friccin.

    n = Eficiencia de la bomba, que a los efectos del clculo terico se estima en un 60%.

    2.1.3 Dimensionamiento del tanque a presin

    El dimensionamiento del tanque a presin, se efecta tomando en cuenta

    como parmetros de clculo: el caudal de bombeo (Qb), los ciclos por hora (U)

    y las presiones de operacin, el procedimiento es resumido en cuatro pasos y

    cada uno con su respectiva frmula:

    a. Determinacin del tiempo de los ciclos de bombeo (Tc).

    Representa el tiempo transcurrido entre dos arranques consecutivos de

    las bombas, y se expresa como sigue:

  • 27

    1 hora(en seg.)Tc =

    U b. Determinacin del volumen til del tanque (Vu).

    Es el volumen utilizable total del tanque y representa la cantidad de agua a

    suministrar entre la presin mxima y la presin mnima, con el caudal en litros

    por hora, el divisor representa el nmero de ciclos por hora que se desea.

    Tc * Q(bombeo)Vu =

    4

    c. Clculo del porcentaje de volumen utilizable y el volumen total del tanque, se podr calcular a travs de la siguiente ecuacin:

    (Pmax - Pmin)% Vu = 90*

    Pmax

    Donde:

    Pmx = presin mxima del sistema

    Pmin = presin mnima del sistema

    Nota: tanto la Pmx como la Pmn sern dadas como presiones absolutas.

    d. Clculo del volumen total del tanque (Vt)

    VuVt =

    %Vu/100

  • 28

    1 a 5 6 a 9 9 a 13 13 a 21 21 a 28

    1 2 2 3 2 3 3

    20 lts. 20 lts. 50 lts. 76 lts. 126 - 167 lts.

    No. de llaves

    No. De pisos

    Capacidad del tanque

    Tabla IV. Seleccin de sistemas hidroneumticosbasada en consumo promedio habitante da

    Fuente: Aquasistemas de Guatemala, Clculo de distribucin de agua para edificios, 2002,

    Guatemala.

    La forma de escoger un sistema de bombeo de los fabricantes es sencilla,

    ya que al tener el clculo de las prdidas, que en este caso los fabricantes y

    distribuidores las consideran insignificantes solo toman en cuenta la altura

    geomtrica de la estructura, en este caso la altura mxima de la toma de agua

    ms desfavorable se supone a 6.59 metros medida que se muestra en el

    ejemplo de la medicin de cotas, en los anexos, el nico clculo que ellos

    hacen es el de la potencia de la bomba, la cual al no ser una altura considerable

    y al ser la presin mnima del sistema menor a 14 m.c.a se aproxima a sta, de

    igual manera hacen un conteo de las tomas para tener una idea del tamao del

    tanque requerido, y aumentan en un porcentaje dependiendo del nmero de

    tomas para contar con la reserva antes mencionada.

    2.2 Tamao del equipo en funcin del espacio con que se cuenta

    La eleccin del equipo segn el espacio puede hacerse de varias

    maneras, a continuacin se listan las principales as como su razn de ser,

    con lo cual el ingeniero o instalador podr decidir lo que prefiere y como lo

    prefiere.

  • 29

    Por esttica: este caso es uno de los ms predominantes, ya que en las construcciones actuales el diseo de las estructuras no acepta que ciertos

    elementos como tanques elevados de gran tamao desmejoren el mismo,

    con lo cual el uso de un sistema hidroneumtico se vuelve ideal e

    imprescindible para la esttica de un diseo, ya que puede ubicarse casi

    en cualquier parte de la estructura y ser imperceptible en el diseo

    general, lo cual no lo cumplen otros sistemas que requieren el uso de

    redes y tubera extra en los techos, ocupando espacio que puede utilizarse

    con otro propsito, con lo cual el uso de los sistemas hidroneumticos

    puede resolver este inconveniente para los diseadores, ejecutores y el

    cliente final.

    Por espacio: sta podra tomarse como la principal de las razones para el uso de un sistema hidroneumtico, ya que en estos das debe optimizarse

    el uso de los espacios en los diseos y el uso de los tanques elevados

    adems de lo indicado en el inciso anterior, tambin ocupan un espacio

    considerable dentro de la estructura, sin dejar de lado el espacio necesario

    para las instalaciones, como la tubera y sus accesorios sobre la

    estructura, ocupando espacio que podra ser bien utilizado como un

    ambiente u otro uso del espacio que pudiera necesitarse.

    Los tanques presurizados se pueden elegir de varios tamaos, adems de

    eso los tanques pueden ser horizontales y verticales, como se muestra en las

    Pg. 12 y 13 de los anexos donde se muestran las formas y tamaos en que

    se encuentran los tanques en el mercado, en conclusin el sistema

    hidroneumtico se elegir de acuerdo al espacio con que se cuenta ya que se

    puede ubicar en espacios reducidos.

  • 30

    2.3 Eleccin del sistema segn el caudal de diseo El caudal de diseo determina muchos de los aspectos de un sistema

    hidroneumtico, los principales, son: el tamao de la bomba, el tamao del

    tanque presurizado, y por ende el espacio necesario para su instalacin, el

    diseo segn el caudal deber hacerse de acuerdo a la demanda de la

    edificacin a la que se le va a proveer el servicio, ya que de ello depende que

    el sistema funcione bien y que los usuarios nunca queden sin el vital lquido,

    debe estimarse el caudal mnimo como se vio en captulos anteriores, luego de

    ello, con el caudal obtenido se hace un clculo para estimar el caballaje mnimo

    requerido de la bomba, con lo cual se obtiene un estimado del tamao de la

    bomba, ya que la potencia depende el tamao de la misma

    Luego de ello se procede a la eleccin del tanque presurizado, el cual su

    tamao depender del caudal necesario en una hora de uso, ya que

    dependiendo del nmero de ciclos de bombeo en una hora el caudal se

    renueva, acumulando un valor porcentual y un volumen total, el volumen

    porcentual es el porcentaje mnimo del volumen del tanque que ste debe

    contener para mantener la presin constante.

    Con el porcentaje anterior es posible calcular el volumen total del tanque,

    que es el volumen mximo que contendr despus de completar los ciclos de

    bombeo, luego de ello debe tomarse en cuenta una regla muy importante a la

    hora de dimensionar un tanque presurizado, como lo es que el mismo debe

    cumplir con el 140% de la demanda mxima, con lo cual se obtiene un caudal,

    el cual el ejecutor o distribuidor puede variar y aumentar en otro porcentaje para

    obtener un caudal mayor para tener una reserva suficiente para abastecer la

    edificacin en caso de falta de agua o energa elctrica, por un perodo

    prudencial.

  • 31

    Con los clculos anteriores y el espacio disponible se tiene la libertad de

    elegir el tipo de tanque requerido y que sea ms funcional, ya que los hay en

    diferentes formas y tamaos.

    2.4 Costo del equipo El costo del equipo est en funcin del tamao del mismo, el cual

    depende totalmente del caudal y la altura geomtrica de la estructura, en este

    caso se har la comparacin de tres marcas y se elaborar un promedio de

    precios para establecer un precio acorde al tamao del equipo necesario, para

    tener una idea y comparar con otros mtodos de almacenamiento y distribucin

    que se usan actualmente, se evaluarn tres marcas reconocidas en el mercado,

    la primera ser llamada marca No. 1, ya que es una de la ms vendidas en

    Guatemala, No. 2 la segunda en el mercado, y como No.3 una marca importada

    mexicana con un valor un tanto superior en algunas capacidades, pero que

    igualmente no compite demasiado con las marcas 1 y 2.

    Tabla V. Precios de sistemas hidroneumticos

    REFERENCIA AL 19 DE MARZO DEL AO 2010.

    Bomba de 0.5 hp, con un tanque de 20 galones (76lts), con todos sus implementos, incluyendo instalacin.

    Son aproximadamente 9 empresas las que cuentan con los equipos.

  • 32

    Como puede verse en el cuadro anterior en tres de las marcas ms

    comercializadas en nuestro medio los promedios de los precios oscilan entre los

    Q. 4,180.00 a Q. 4,600.00 con este valor es posible estimar en captulos

    posteriores en qu forma podra hacerse la comparacin con otros sistemas, y

    de las ventajas del uso de un sistema hidroneumtico como sustituto de los

    dems sistemas tradicionales, en las tablas anteriores puede verse que las tres

    marcas tienen un tanque presurizado que cumple con lo requerido en la

    edificacin, con lo cual la nica limitante sera el valor del mismo, si la

    inclinacin fuera nicamente por la economa el tanque de la marca No.3 ser

    muy til, aunque los dos primeros cuentan con mejor garanta y existencia de

    repuestos, de esta manera el costo sirve de gua para escoger el sistema

    adecuado.

    Capacidad en galones

    Precio marca no. 1

    Precio marca no. 2

    Precio marca no. 3

    Precio promedio

    20 galones/

    76 lts Q4,600.00 Q4,330.00 Q4,187.00 Q4,372.33

    30.1 galones/

    112 lts Q6,100.00 Q5,780.00 Q5,750.00 Q5,876.67

    42 galones/

    153 lts Q6,725.00 Q6,600.00 Q6,658.00 Q6,661.00

    50 galones/

    182.5 lts Q7,270.00 Q7,190.00 Q7,400.00 Q7,286.67

    90 galones/

    328.5 lts Q9,250.00 Q8,850.00 Q8,780.00 Q8,960.00

    125 galones/

    456.25 lts Q10,065.00 Q10,120.00 Q9,909.00 Q10,031.33

  • 33

    3 COMPARACIN DE UN SISTEMA HIDRONEUMTICO CON UN SISTEMA TRADICIONAL

    3.1 Sistema hidroneumtico comparacin de rendimiento ante tanques elevados

    En este inciso se define en que forma el sistema hidroneumtico presenta

    un mayor rendimiento en cuanto a los tanques elevados, la comparacin se

    basa en la presin que stos proporcionan, ya que la presin que genera el

    tanque elevado est de acuerdo a la altura del mismo, y mientras ms cercana

    est la toma de agua al tanque elevado la presin se reduce

    considerablemente, con lo cual es difcil el funcionamiento de algunos artefactos

    como duchas cercanas al tanque, ya que necesitan una presin constante y

    alta para levantar los contactos internos de la misma, por lo cual sta no

    cumplira su propsito, como es de esperarse; adems la presin poco

    constante en la tubera con un tanque elevado da lugar a la acumulacin de

    suciedad en la tuberas, (cuadro comparativo No. 1 Pg. 36), cosa que no pasa

    al utilizar un sistema hidroneumtico.

    En resumen para este inciso el rendimiento de un tanque elevado es

    inferior al de un sistema hidroneumtico ya que el tanque elevado no es capaz

    de mantener una presin constante en toda la estructura como lo hara un

    sistema hidroneumtico, adems la instalacin de un tanque elevado es ms

    trabajosa que la de un sistema hidroneumtico.

  • 34

    La nica limitante de un sistema hidroneumtico es el uso de energa

    elctrica ya que se necesita una toma cercana y de no haber debe instalarse

    una, adems, para un tanque elevado deben tomarse en cuenta ms a fondo

    las prdidas y la instalacin de un sistema de bombeo para proveer de agua al

    mismo, con lo cual se incrementa an ms el costo ya que el circuito por el cual

    viaja el agua se incrementa al doble, ya que hay una lnea de subida y una de

    bajada de agua, cosa que no debe tomarse siquiera en cuenta con un sistema

    hidroneumtico. 3.2 Sistema hidroneumtico comparacin de rendimiento cisternas con bomba centrfuga normal

    El rendimiento de un tanque cisterna sencillo con una bomba instalada,

    adems de no proporcionar una presin constante, como se muestra en el

    cuadro comparativo No. 2, Pg. 37 a continuacin, al no haber servicio de

    energa elctrica o agua, corta por completo el abastecimiento en la residencia

    dejando as sin abasto cualquier toma o aparato que dependa de ella, sin dejar

    de lado que una bomba sin un adecuado tanque a presin como el que utiliza

    un sistema hidroneumtico alcanza su vida til en menos de la cuarta parte del

    tiempo de lo que lo alcanzara una bomba con dicho tanque, ya que la bomba

    se mantendra encendida la mayor parte del tiempo, (cuadro comparativo No.2,

    Pg. 37).

    Un sistema hidroneumtico que cuenta con un ciclo de bombeo, alarga la

    vida de la bomba y cuenta con una reserva de agua presurizada, que

    mantendr habilitados los principales servicios por un tiempo prudencial,

    mientras se restablece, cualquiera que fuere la causa, aunque la instalacin es

    igualmente sencilla a la de un sistema hidroneumtico, a la hora de ponerse en

    marcha el consumo de energa de una bomba sencilla hacia una cisterna al

  • 35

    permanecer encendida la mayor parte del tiempo se considera una gran

    desventaja, ya que el consumo de energa elctrica es en extremo alto, y da

    lugar, al igual que un tanque elevado, a la formacin de suciedad en las

    paredes de la tubera al no mantener constante la presin en las misma.

    3.3 Comparacin en costo y rendimiento entre un sistema hidroneumtico y los mtodos de almacenamiento de agua tradicionales

    La comparacin en costo puede hacerse tomando en cuenta el precio del

    sistema hidroneumtico, contra la suma total de los elementos que conforman

    la instalacin total de cada uno de los otros sistemas, a continuacin se

    observan las comparaciones y se tendrn claras las ventajas que conlleva

    utilizar un sistema hidroneumtico en una residencia o cualquier uso que pueda

    drsele, ya que es muy extenso su nmero de aplicaciones.

  • 36

    CUADRO COMPARATIVO No. 1

  • 37

    CUADRO COMPARATIVO No. 2

  • 38

  • 39

    4 CARACTERSTICAS NECESARIAS EN LA RESIDENCIA PARA LA INSTALACIN DE UN SISTEMA

    HIDRONEUMTICO

    Las caractersticas de la residencia deben ser especficamente tres, las

    cuales son bsicas e imprescindibles, las mismas se enumeran y explican a

    continuacin:

    4.1 Capacidad elctrica

    La capacidad elctrica que la edificacin necesita, depende del equipo

    de bombeo, es decir, de la capacidad de la bomba que se utilizar para

    alimentar el tanque presurizado, en este caso particular no es necesaria una

    mayor a la fuente con la que cuenta la residencia, las potencias de las bombas

    oscilan entre 0.5 hp y 2 hp, con lo cual el requerimiento de energa tambin

    oscila de los 110 v a los 220 v.

    Es posible afirmar que si la bomba a utilizar es de 0.5 hp funcionar

    perfectamente con una toma domiciliar, no sin descartar que es necesario

    hacer una conexin por separado, poniendo preferentemente un flip on un

    switch para control y corte de energa, el cual podra salir del tablero principal

    de la edificacin o instalarse en la toma de energa directa para el sistema

    hidroneumtico, esto para dar servicio de mantenimiento o reparacin al

    sistema, en cuanto a la capacidad elctrica deben usarse los elementos

    adecuados para evitar inconvenientes y calentamiento de cables, el sistema usa

  • 40

    una lnea sencilla de conexin, la cual va conectada directamente al sistema

    hidroneumtico o a la caja de control si el sistema lo tuviere.

    4.2 Espacio adecuado y suficiente para la instalacin

    En el espacio debern tomarse en cuenta varias consideraciones, ya que

    no solo depende del rea de suelo para la instalacin sino tambin de la

    cercana de los servicios, como lo son la acometida o fuente de abasto para el

    sistema, conexiones adecuadas de energa, no sin antes conocer el tamao y

    forma del sistema hidroneumtico a utilizar, ya que son sistemas verstiles y

    que si se es cuidadoso se podran instalar en el menor espacio posible,

    logrando de sta manera, optimizar el espacio an ms, para darle un uso

    diferente, un sistema de este tipo puede instalarse al lado de una pileta, un

    garaje, un jardn o en una pequea bodega, siempre y cuando los servicios

    estn cercanos, o sea fcil llevarlos al lugar exacto de la instalacin, no as

    otros tipos de sistemas que requieren de ms espacio para instalarse o deben

    instalarse a gran altura.

    4.3 Abastecimiento suficiente de agua

    Este inciso hace ver de forma clara la importancia de tener el caudal

    necesario, ya que de ste depende el buen funcionamiento de un sistema

    hidroneumtico, el abasto de agua en este medio, por experiencia se sabe que

    es irregular, y que en ocasiones el agua escasea por varios das, tomando en

    cuenta esta consideracin se toma la decisin de proveer a la vivienda de una

    cisterna de almacenamiento subterrnea, la cual combina perfectamente con un

    sistema de este tipo ya que no altera de ninguna forma la fachada o aspecto de

    la residencia y puede disearse en cualquier parte de la misma, tomando en

  • 41

    cuenta algunas de las consideraciones anteriores como lo son, la cercana de

    los servicios, facilitando as la instalacin de las tuberas y todos los servicios

    que conlleva un sistema hidroneumtico.

    Como complemento a este inciso y a este estudio, se dimensionar una

    cisterna que cumpla con las exigencias, optimizando el funcionamiento del

    sistema, y evitando as que ste se quede sin reserva suficiente para trabajar,

    sin importar que la fuente externa del servicio falle hasta por varios das.

    4.3.1 Dimensionamiento de un tanque cisterna para abastecimiento del sistema hidroneumtico a utilizar

    Para dimensionar un tanque cisterna, basta con analizar el consumo diario

    calculado, luego de dimensionar el sistema hidroneumtico, para poder tener un

    volumen con el cual iniciar los clculos, es posible utilizar una tabla como la que

    se muestra a continuacin:

    Tabla VI. Clculo del volumen de un tanque cisterna

    USO DOT. MNIMA CANTIDADVOLUMEN DIARIO HABITANTE/DA

    RESIDENCIA 250 LT/HAB/DA 12 HAB. 3,000 LT. DIARIOS

    JARDN 4 LT/M2/DA 100 M2 400 LT. DIARIOSTOTAL DEMANDA DIARIA 3,400 LTS

    Fuente: RODRIGUEZ-AVIAL, Mariano. "Instalaciones sanitarias para edificios". Quinta Edicin.

    Ed. Dossat. S.A. Plaza de Santa Ana, Madrid. AO 2004

  • 42

    Una de las formas de calcular el volumen del tanque es multiplicar por 2

    el total de la demanda diaria, con esto se tiene un volumen que funcionar

    perfectamente para el propsito, proveyendo una reserva de al menos cinco

    das de agua para una residencia de 10 personas, con lo cual se obtiene lo

    siguiente:

    Volumen total = 3,400 Lts/da x 2 das = 6,800 Lts.

    Para efectos de clculo y conveniencia se aproxima el resultado a 7,000

    Lts. Con lo cual se obtiene el volumen total para la cisterna que es de:

    VOLUMEN TOTAL = 7 m

    Con lo anterior, se tiene suficiente para dimensionar el tanque cisterna a

    conveniencia y adaptarla al espacio que pueda tenerse, en este caso el espacio

    no es un problema, solo es necesario elegir el lugar y la forma de la misma,

    para que todo sea prctico ser situada del lado donde se encuentre la

    acometida municipal de agua para que el abasto y la conexin a la misma sea

    sencilla y no requiera de mucha tubera y accesorios extras, depender del

    diseador o del propietario de la residencia si desea incrementar el volumen de

    la misma como efecto de reserva y contar con ella en ciertas ocasiones que sea

    necesario. Para el clculo de las dimensiones de la cisterna basta con un

    simple despeje de una frmula bsica de volumen, la cual da como resultado

    el largo de las aristas que formarn el tanque cisterna, a continuacin se

    ejemplifica el clculo de las mismas:

    Por motivos prcticos se disear un tanque cisterna cuadrado, adems

    de ser fcil de situar en cualquier lugar, el clculo de su volumen y dimensiones

    es el ms sencillo, para facilitar el clculo del mismo, las medidas sern a

    conveniencia:

  • 43

    Ya que se conoce el volumen del tanque ser sencillo encontrar las

    medidas del mismo,

    VOLUMEN: volumen obtenido en metros cbicos

    ANCHO: en metros

    LARGO: en metros

    ALTURA: no se conoce an.

    Para estimar la medida faltante la frmula del volumen del cubo es la

    adecuada, adems de ser una frmula sencilla de despejar:

    V = (A) (L) (H)

    Donde:

    V = Volumen total del tanque

    A = Ancho

    L = Largo

    H = Altura

    Esta frmula da como resultado la altura inicial deseada del tanque

    cisterna.

    Habiendo encontrado la altura inicial, en este caso la profundidad, se

    procede a tomar en cuenta ciertos criterios para el diseo, ya que a la altura

    encontrada debe sumrsele 0.10 metros, los cuales son la separacin

    necesaria entre la losa y el agua en la parte superior, adems de 0.10 metros

    necesarios en el fondo para mantener un nivel de agua ltimo, el cual es un

    factor de seguridad para evitar que la bomba trabaje en seco, con lo cual se

    obtienen las siguientes dimensiones:

  • 44

    VOLUMEN: en metros cbicos

    ANCHO: en metros

    LARGO: en metros

    ALTURA: H + 0.10 + 0.10 = Altura total metros como altura total.

    Las dimensiones se muestran en el siguiente esquema que demuestra en

    qu manera se manejan los criterios y medidas anteriormente calculadas.

    Figura 8. Ejemplo del perfil de un tanque cisterna

  • 45

    5 APLICACIONES DE SISTEMAS HIDRONEUMTICOS

    5.1 Residenciales

    Los sistemas hidroneumticos residenciales a los cuales se refiere este

    inciso abarcan lo expuesto en los captulos anteriores, en donde se encuentra el

    procedimiento de clculo, diseo e implementacin de los mismos.

    5.2 Bombeo a tanques de distribucin de agua potable

    El uso de sistemas hidroneumticos para bombeo a taques es un recurso

    utilizado hoy en da para prescindir de personal, ya que se requiere que una

    persona supervise constantemente el nivel de agua y el funcionamiento de la

    bomba, cosa que no es necesaria con este tipo de sistemas, ya que el sistema

    hidroneumtico mantiene el nivel constante de agua en el tanque, para que en

    el momento en que el servicio externo falle o el mismo sistema hidroneumtico

    falle, el nivel del tanque elevado sea lo suficiente para mantener una reserva y

    que el servicio a la red distribuidora principal se mantenga por un tiempo

    prudencial, mientras se restablece el servicio, o se le da mantenimiento,

    adems de proporcionar presin constante a la red principal en caso sea

    necesario vaciar el tanque de almacenaje por reparaciones o solo para darle

    mantenimiento y limpieza, ya que el sistema puede trabajar

    independientemente del tanque y brindar la presin necesaria incluso mejor

    que el tanque.

  • 46

    5.3 Riego de plantaciones

    Los sistemas hidroneumticos son verstiles y sus aplicaciones

    incontables, por lo cual el riego de plantaciones es una de las ms utilizadas

    despus del uso habitacional, ya que como se mencion en el inciso anterior,

    puede prescindirse de bastante personal, ya que al tener un control de volumen

    de agua, de presin y podrsele conectar a un temporizador, cumple con los

    horarios y presin para el cultivo que sea, sobre todo en cultivos con micro

    aspersin y goteo, ya que mantiene la presin constante y permite un riego

    uniforme en reas de tamao constante, con lo cual se consiguen cosechas

    adecuadas y sin que hayan sectores faltos de humedad.

    5.4 Otras aplicaciones

    Las aplicaciones son incontables, a continuacin se enumeran algunas de

    ellas con el objeto de tener una idea de cundo se puede o debe utilizrseles,

    ya que con el uso de un sistema hidroneumtico es posible reducir costos,

    facilitar y aligerar muchos trabajos y operaciones que requieren de presin

    constante y abundante volumen de agua:

    Lavanderas Fraccionamientos Edificios de departamentos Hoteles Industrias Riego en general Bombeo a tanques de distribucin de agua potable, Captulo 5. Inciso 5.2.

  • 47

    5.4.1 Lavanderas

    Disminuir drsticamente sus ciclos de lavado al llenar ms rpido las

    tinas de lavadoras. Haciendo ms eficiente el negocio, acelerando los ciclos de

    lavado de cada equipo. En otras palabras se lavar ms y en menor tiempo.

    5.4.2 Fraccionamientos

    Un sistema hidroneumtico puede surtir agua a presin a todo un

    fraccionamiento a un costo mucho menor que lo que implicara construir un

    tanque elevado.

    5.4.3 Edificios de departamentos

    No es necesario instalar tinacos en las azoteas. Por un lado stos elevan

    el costo de los edificios al tener que reforzar las losas y columnas para soportar

    el peso del agua. Con un sistema hidroneumtico se podr enviar agua desde

    la cisterna hasta el ltimo piso del edificio a un menor costo.

    5.4.4 Hoteles

    Pueden ofrecer mayor comodidad a sus clientes y dar un valor agregado

    al husped, ofreciendo el servicio de agua a presin en las habitaciones.

    5.4.5 Industrias purificadoras de agua

    Automatizacin de las operaciones de llenado y retrolavado de filtros.

    Ocupando al personal en labores ms rentables. Un sistema hidroneumtico

    hace innecesarios los interruptores en las reas de llenado y reduce el tiempo

  • 48

    perdido para retro lavar los equipos. Con este sistema se pueden instalar

    vlvulas automticas y se pueden retrolavar los filtros automticamente en

    horas de la noche.

  • 49

    6 EJEMPLOS

    6.1 Residencias de tres niveles Consideraciones iniciales

    El clculo del caudal depender, en este caso, del nmero y tipo de

    artefactos y equipos instalados y del probable uso simultneo y del destino del

    edificio; ya que se analizar una vivienda de tres niveles se har uso de la

    informacin en la tabla siguiente:

    Tabla II. Dotaciones

    TIPOS DE EDIFICIOS DOTACIN MNIMA RECOMENDABLE

    HABITACIONAL 250 LT/HAB/DA

    OFICINAS70 LT/EMPLEADO DA 20 LT/M2 DE REA RENTABLE

    AUDITORIOS 5 LT/ESPECTADOR/FUNCIN

    ESCUELAS 30 LT/ALUMNO/DA

    CAFETERAS 15 - 30 LT/COMENSAL

    LAVANDERAS 40 LT/KG. DE ROPA SECA

    RIEGO DE JARDINES 3-5 LT/M2/DA

    De la tabla anterior, que es un promedio de los caudales para una zona

    residencial de clase media alta, se tiene lo siguiente:

  • 50

    USO DOT. MNIMA CANTIDADVOLUMEN DIARIO HABITANTE/DA

    RESIDENCIA 250 LT/HAB/DA 12 HAB. 3,000 LT. DIARIOS

    JARDN 4 LT/M2/DA 100 M2 400 LT. DIARIOSTOTAL DEMANDA DIARIA 3,400 LTS

    6.1.1 Clculo del caudal requerido

    Qd = 3400 l/h/da = 3400 = 0.03935 l.ps.

    3400 l/h/da= = = 0.03935

    24(3600) 86400Qd 3400

    6.1.2 Clculo de tubera

    Por ejemplo, para una edificacin de tres niveles la estimacin de la

    tubera sera:

    LONGITUD TUBERA LONGITUDPrimer Nivel 79.33 Segundo Nivel 43.94 Tercer Nivel 14.91 LONGITUD TOTAL 138.18

  • 51

    Estimacin de longitudes de tubera y longitudes equivalentes por accesorios

    CONECCIONESCANTIDAD

    LONG. EQUIVALENTE

    (m)

    LONG. EQUIVALENTE

    TOTAL (m)Codos 90 1/2 " 38 0.60 22.80

    Tee 1/2 " 38 0.20 7.60Vlvula de compuerta 1 0.12 0.12

    30.52mTotal Longitud Equivalente

    La longitud total para el anlisis de las prdidas de carga en tuberas y

    accesorios ser la suma de la longitud total de la tubera ms la suma total de

    las longitudes equivalentes obtenidas en los accesorios; con los datos

    anteriores se obtiene lo siguiente:

    Longitud total de la tubera = 138.18 metros.

    Longitud total equivalente accesorios = 30.52 metros.

    TOTAL LONGITUD = 168.70 metros. DATOS NECESARIOS PARA COMPLETAR LA FRMULA:

    Q = 0.03935 lps = 141.67 lph D= = 13 mm

  • 52

    6.1.3 Clculo de prdidas de carga

    1.750

    141.67hc = 168.70

    4.750

    13.00

    0.473

    464,219.74 hc = = 2.37 m.c.a.

    195,537.89

    6.1.4 Clculo de presin mnima Pmn

    2 02

    Pmin = 6.59 + 2.3740 + + hr2(9.81)

    En este caso hr es igual a cero ya que el tanque que provee el agua en su

    superficie est a la presin atmosfrica.

    Pmn = 8.9640 + 0.2039 = 9.168

  • 53

    Con los datos obtenidos es posible calcular la potencia que requiere la

    bomba para el sistema hidroneumtico, pueden consultarse las tablas de

    rendimiento y especificaciones tcnicas del fabricante. (Pg. 14 y 16 de los

    anexos)

    (0.03935) (6.59)= =Hp

    76 (0.6)

    0.259HP = =

    45.6

    HP = 0.005686

    En conclusin, con la potencia de la bomba, ya que es la mnima

    requerida se tiene la libertad de elegir una bomba y motor desde 0.5 hp, que es

    suficiente para abastecer el sistema, debiendo tomar en cuenta las

    consideraciones del tanque presurizado a utilizar que podra variar de alguna

    forma la potencia de la bomba, por lo cual se procede al dimensionamiento del

    tanque, ya que la distancia de bombeo es nicamente de la bomba al tanque

    presurizado y puede verse que la potencia es mnima.

    6.2 Dimensionamiento del tanque a presin

    Por convencin, es decir, por referencia y conveniencia se utilizarn 4

    ciclos de bombeo por hora (como se explic en el captulo 1 inciso 1.4.2).

  • 54

    Vu = 8.8538

    6.2.1 Ciclos de bombeo

    Los ciclos de bombeo determinan el nmero de arranques del sistema en un periodo de una hora, y los pasos se describen a continuacin:

    6.2.2 Clculos

    1 horaTc =

    U 3600 seg

    Tc =4

    Tc = 900

    6.2.3 Volumen til del tanque

    Tc *Q(bombeo L/s)Vu =

    4 (900) (0.03935)

    Vu =4

    6.2.4 Porcentaje del volumen utilizable del Tanque

    90*(Pmax - Pmin)%Vu =

    Pmax

  • 55

    90*(40 - 20)%Vu =

    40

    %Vu = 45%

    6.2.5 Volumen total

    VuVt =

    %Vu/100

    8.85375Vt =

    0.45

    Vt = 19.675 L = 20 L.

    Ya que la capacidad del tanque requerida es de 20 litros

    aproximadamente puede recurrirse a las tablas de especificaciones y tamao

    de tanque que se encuentran en el mercado, a continuacin se muestran

    ejemplos, entre los cuales se har la eleccin que ms convenga, se elegir el

    ms funcional y el que cumpla con todas las expectativas del sistema, las

    formas y tamaos se muestran en las Pg. 12 y 13 de los anexos.

    Para la eleccin de este sistema hidroneumtico es necesario tomar en

    cuenta que los tanques oscilan desde los 10 litros de capacidad en adelante y

    que debe utilizarse un valor menor al que se necesita para cumplir con la

  • 56

    presin mnima, aunque si es permitido utilizar mayores, pero como norma y

    requerimiento jams menores.

    A continuacin se muestra una tabla usada por los distribuidores de

    sistemas hidroneumticos para hacer la eleccin de los mismos luego de

    calcular las presiones y tomar en cuenta la cantidad de tomas de agua, adems

    con este mtodo se puede hacer una eleccin del tanque a presin tomando en

    cuenta una reserva como ya se explic.

    1 a 5 6 a 9 9 a 13 13 a 21 21 a 28

    1 2 2 3 2 3 3

    20 lts. 20 lts. 50 lts. 76 lts. 126 - 167 lts.

    No. de llaves

    No. de pisos

    Capacidad del tanque

    Seleccin de sistemas hidroneumticos basada en consumo promedio habitante da

    En este ejemplo resuelto, segn el nmero de tomas de agua puede

    verse que convendra seleccionar un tanque de 50 a 76 litros, con lo cual se

    cumple con tener una reserva de agua en caso de falta de la misma o falta de

    energa elctrica, con lo cual se tendra un tiempo prudencial para poder

    terminar cualquier actividad o simplemente contar con una reserva til con la

    presin necesaria.

  • 57

    6.2.6 Sistema de riego

    Consideraciones iniciales

    Lo primero que debe tomarse en cuenta para el diseo es el caudal que se

    requiere, es decir, uno que satisfaga las condiciones de humedad que requiere

    el cultivo, adems debe tomarse en cuenta que la presin debe ser adecuada

    para llegar al borde del rea que cubre cada aspersor en este caso un circulo

    de 10 metros cuadrados de rea por cada aspersor, es sabido que los

    aspersores funcionan a baja presin, con lo cual es an ms sencillo el diseo,

    se inicia estimando el caudal necesario, la presin de funcionamiento lo

    determina el fabricante del aspersor, ya que no debe exceder de 40 psi.

    6.2.7 Clculo

    Para el clculo del caudal, debe tomarse en cuenta la clase de cultivo, y el

    tipo de suelo, para este ejemplo, se har uso del cultivo del maz con lo que se

    requiere de 9 metros cbicos de agua por cada 10,000 metros cuadrados de

    siembra.

    Conociendo este dato, es posible calcular el caudal necesario para el

    diseo del sistema, suponiendo que se cuenta con un rea de 10,000 metros

    cuadrados.

    rea a sembrar: 10,000 metros cuadrados.

    Caudal necesario: 9 metros cbicos/hora por cada 10,000 metros de

    rea.

  • 58

    9000 l/h= = =Qd

    9000 2.5 l/s3600 3600

    Ya que se tiene el caudal, falta el clculo de la presin mnima, que al

    igual que la mxima en el caso de los aspersores viene dada por el fabricante,

    en este caso se utiliza 20 psi como presin mnima y 40 psi como presin

    mxima.

    Lo que es necesario calcular es la longitud de la tubera, para poder

    estimar las prdidas por friccin, debe obviarse el clculo de cotas, ya que en

    un sistema de riego de este tipo no hay altura geomtrica, porque el sistema

    completo est instalado a nivel del suelo, con lo cual se reducen algunos

    clculos.

    Estimacin de longitudes de tubera y longitudes equivalentes para accesorios

    LONGITUD TUBERA LONGITUDTubera 1,325.00 LONGITUD TOTAL 1,325.00

    CONECCIONES CANTIDAD

    LONG. EQUIVALENTE

    (m)

    LONG. EQUIVALENTE

    TOTAL (m)Codos 90 1 " 3 0.90 2.70

    Tee 1 " 26 1.50 39.00Vlvula de compuerta 1 0.20 0.20

    41.90mTotal Longitud Equivalente

  • 59

    Longitud total de la tubera = 1,325.00 metros.

    Longitud total equivalente por accesorios = 41.90 metros.

    TOTAL LONGITUD = 1,366.90 metros

    1.75

    Qhc = L

    4.75

    D

    0.473

    Donde:

    Q = Caudal en l/h D = Dimetro en (mm) L = Longitud en (m) hc = Prdidas de carga (M.C.A.)

    1.750

    9000hc = 1,366.90

    4.750

    25.00

    0.473

    5,376,780,109.000 hc = = 1231.13

    4,367,320.268

    Para este caso basta una bomba, ya que es un rea pequea, los datos

    con los que se cuenta bastan para su clculo, utilizando la frmula siguiente:

  • 60

    Q (lps)*H(metros)HP =

    76*(n)

    Donde:

    HP = Potencia de la bomba en caballos de fuerza Q = Caudal en litro por segundo que la bomba debe impulsar.

    H = Carga total de la bomba en este caso la altura geomtrica y las prdidas por friccin calculadas en el captulo anterior.

    n = Eficiencia de la bomba, que a los efectos del clculo terico se estima en un 60%.

    (2.5) ( 1 )= =HP

    76 (0.6 )

    2.5HP = =

    45.6

    HP = 0.05

    Se utilizara una bomba de 0.5 hp, esto debido a que no debe vencerse

    ninguna cota de elevacin, nicamente distribuir el agua a presin en un rea

    pequea, en lo referente a la altura, por motivos de clculo, se tomar un metro,

    para tener una cota como factor de seguridad.

  • 61

    Vu = 562.5

    6.2.8 Dimensionamiento del tanque a presin Al iniciar los clculos para dimensionar el tanque es imprescindible conocer los ciclos de bombeo, tomando en cuenta que es recomendable no

    exceder de 6 arranques de la bomba y no utilizar menos de 4, con esto se

    mantiene el intervalo de funcionamiento ptimo del equipo.

    6.2.9 Ciclos de bombeo

    1 horaTc =

    U 3600 seg

    Tc =4

    Tc = 900

    6.2.10 Volumen til del tanque

    Tc *Q(bombeo L/s)Vu =

    4 900*2.5

    Vu =4

  • 62

    6.2.11 Porcentaje del volumen utilizable del tanque

    90*(Pmax - Pmin)%Vu =

    Pmax 90*(40 - 20)

    %Vu =40

    %Vu = 45%

    6.2.12 Volumen total

    VuVt =

    %Vu/100

    562.5

    Vt =0.45

    Vt = 1,250.00 L = 1.25 m3

    En el caso del riego de plantaciones, el tamao del tanque, es de 1.25

    metros cbicos, que equivale a 315 galones, ya que debe surtir presin durante

    una hora, un rea de 10,000 metros cuadrados, con un caudal de 9,000 litros, y

    debe funcionar una vez al da, nicamente cuando el clima lo requiere, se

  • 63

    pondr a funcionar una hora por la noche, quedar a discrecin del propietario

    si incrementa el tamao del tanque para tener una reserva.

    6.3 Dimensionamiento de un tanque cisterna para abastecimiento del sistema hidroneumtico a utilizar

    Para dimensionar un tanque cisterna, basta con analizar el consumo diario

    calculado luego de dimensionar el sistema hidroneumtico, para poder tener un

    volumen con el cual iniciar los clculos, es posible utilizar la tabla No. VI que se

    muestra en la pagina No. 41.

    Una de las formas de calcular el volumen del tanque es multiplicar por 2

    el total de la demanda diaria, con esto se obtiene un volumen que funcionar

    perfectamente para este propsito, proveyendo una reserva de al menos cinco

    das de agua para una residencia de 10 personas y agrandando las

    dimensiones un poco surtira un sistema de riego, aclarado esto se obtiene lo

    siguiente:

    Volumen total = 3,400 Lts/da x 2 das = 6,800 Lts.

    Para efectos de clculo y conveniencia se aproximar el resultado a 7000

    litros, con lo cual se tiene el volumen total para la cisterna que es de:

    VOLUMEN TOTAL = 7 m

    Ya que se conoce el volumen del tanque ser sencillo encontrar las

    medidas del mismo,

  • 64

    VOLUMEN: 7.00 metros cbicos

    ANCHO: 2.00 metros

    LARGO: 2.00 metros

    ALTURA: No se conoce an.

    Para estimar la medida faltante se har uso de la frmula del volumen del

    cubo que es muy adecuada al caso, adems de ser una frmula sencilla de

    despejar:

    V = (A) (L) (H)

    Donde:

    V = 7.00 metros cbicos volumen total del tanque

    A = Ancho

    L = Largo

    H = Altura

    Ya que se conoce el volumen del tanque ser sencil


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TESIS MODELO DE TESIS,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,...............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,