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Universidad de San Carlos de Guatemala
Facul tad 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
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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
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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
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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.
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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.
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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
POLANCOPor la revisin y correccin prestada en laelaboracin del presente trabajo de
graduacin, cuyas sugerencias fueron de
gran ayuda y fundamentales.
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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 sistemahidroneumtico..
1.4.1 Generalidades.......
1.4.2 Ciclos de bombeo....
1.4.3 Presiones......
I
III
VII
IX
XI
XIII
1
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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 cisternascon 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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25
25
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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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4949
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6.3 Dimensionamiento de un tanque cisterna para
abastecimiento del sistema hidroneumtico a utilizar....
CONCLUSIONES...
RECOMENDACIONES.....
BIBLIOGRAFA....
ANEXOS
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I
NDICE DE ILUSTRACIONES
FIGURAS
1 Presurizador con bomba perifrica.....
2 Bomba jeten acero inoxidable con tanque horizontal y vertical..
3 Bomba jeten 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...
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III
GLOSARIO
Abras in 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, quedan 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.
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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 aguaabundante 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.
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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
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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.
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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
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VIII
Presostato
Tee 90
Vlvula de paso
Vlvula de pie
Vlvula de retencin
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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.
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X
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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.
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XII
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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 espaciosy 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.
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XIV
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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, mejorandoel 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.
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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 delsistema 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.
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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 ala 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.
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Figura 2. Bombajet en acero Inoxidable Tanque horizontal (acero)
Figura 3. Bombas jet en hierro gr is 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.
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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.
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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 deservicio y cocina), trabajando la instalacin al 100%, con tubera de 1/2" de
dimetro.
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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.
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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.
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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 seencarga 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.
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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.
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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 func ionamiento
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.
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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.
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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 descr itas
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.
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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.
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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.
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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 InternoPlg. Plg.
de 0.05 hasta 0.39 1/2 0.50de 0.40 a 0.85 3/4 0.82de 0.86 a 1.50 1 1.04
de 1.51 a 2.30 1 1/4 1.39de 2.31 a 3.40 1 1/2 1.61de 3.41 a 6.00 2 2.07de 6.01 a 9.50 2 1/2 2.47de 9.51 a 13.50 3 3.07de 13.51 a 24.00 4 4.02
Lts/Seg
DimetrosCaudales
Fuente: Asociacin Guatemalteca de Fabricantes de Tuberas en PVC
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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
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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. Unciclo 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 excesivoconsumo 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.
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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=2g
Pmn 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 14M.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
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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 utilizacinde 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.
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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:
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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 REA
TOTAL DEMANDADIARIA 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.
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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.
1.75Q
hc = L4.75
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.
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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 buenfuncionamiento de cualquier tipo de equipo de bombeo que se utilice, sin
importar la estructura o el tamao de la misma.
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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 estecaso (Pginas 13, 14y 15 de los anexos).
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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 fuerzaQ = 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:
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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)
Vu
Vt =
%Vu/100
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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.
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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 necesariopara 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 quese 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.
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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 mnimorequerido 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 volumenporcentual 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.
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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, paratener 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.
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Como puede verse en el cuadro anterior en tres de las marcas mscomercializadas 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 ltsQ4,600.00 Q4,330.00 Q4,187.00 Q4,372.33
30.1 galones/
112 ltsQ6,100.00 Q5,780.00 Q5,750.00 Q5,876.67
42 galones/
153 ltsQ6,725.00 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 ltsQ9,250.00 Q8,850.00 Q8,780.00 Q8,960.00
125 galones/
456.25 ltsQ10,065.00 Q10,120.00 Q9,909.00 Q10,031.33
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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 presentaun 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.
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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 rendimientocisternas 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 dejarde 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
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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 delsistema 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.
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CUADRO COMPARATIVO No. 1
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CUADRO COMPARATIVO No. 2
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4 CARACTERSTICAS NECESARIAS EN LA RESIDENCIA
PARA LA INSTALACIN DE UN SISTEMAHIDRONEUMTICO
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
switchpara 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
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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 suf iciente 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 yforma 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 debeninstalarse a gran altura.
4.3 Abastecimiento suf iciente 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
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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 paraabastecimiento del sistema hidroneumtico a ut ilizar
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 DIARIOHABITANTE/DA
RESIDENCIA 250 LT/HAB/DA 12 HAB. 3,000 LT. DIARIOS
JARDN 4 LT/M2/DA 100 M2 400 LT. DIARIOS
TOTAL DEMANDADIARIA 3,400 LTS
Fuente: RODRIGUEZ-AVIAL, Mariano. "Instalaciones sanitarias para edificios". Quinta Edicin.
Ed. Dossat. S.A. Plaza de Santa Ana, Madrid. AO 2004
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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 seasencilla 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:
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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:
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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
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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.
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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 cosechasadecuadas 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.
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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 untanque elevado.
5.4.3 Edific ios 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 desdela 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 Indust rias 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
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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.
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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 REARENTABLE
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 zonaresidencial de clase media alta, se tiene lo siguiente:
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USO DOT. MNIMA CANTIDAD
VOLUMEN DIARIO
HABITANTE/DA
RESIDENCIA 250 LT/HAB/DA 12 HAB. 3,000 LT. DIARIOS
JARDN 4 LT/M2/DA 100 M2 400 LT. DIARIOS
TOTAL DEMANDADIARIA 3,400 LTS
6.1.1 Clculo del caudal requerido
Qd = 3400 l/h/da = 3400 = 0.03935 l.ps.
3400 l/h/da= = = 0.0393524 3600) 86400Qd 3400
6.1.2 Clculo de tubera
Por ejemplo, para una edificacin de tres niveles la estimacin de la
tubera sera:
LONGITUD TUBER A LONGITUDPrimer Nivel 79.33Segundo Nivel 43.94Tercer Nivel 14.91
LONGITUD TOTAL 138.18
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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 yaccesorios 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
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6.1.3 Clculo de prdidas de carga
1.750141.67hc = 168.704.750
13.000.473
464,219.74hc = = 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
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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)= =p 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).
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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 hora
Tc =
U
3600 segTc =
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 util izable del Tanque
90*(Pmax - Pmin)u =
Pmax
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90*(40 - 20)
%Vu =
40
%Vu = 45
6.2.5 Volumen total
Vu
Vt =
%Vu/100
8.85375
t =
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
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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 t anque
Seleccin de sistemas hidroneumticos basada en consumo promediohabitante 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.
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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 serequiere 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.
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9000 l /h= = =d
90002.5 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 TUBER A 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 39.00
Vlvula de compuerta 1 0.20 0.20
41.90mTotal Longitud Equivalente
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Longitud total de la tubera = 1,325.00 metros.
Longitud total equivalente por accesorios = 41.90 metros.
TOTAL LONGITUD = 1,366.90 metros
1.75Qhc = L
4.75D0.473
Donde:
Q = Caudal en l/h
D = Dimetro en (mm)
L = Longitud en (m)
hc = Prdidas de carga (M.C.A.)
1.7509000
hc = 1,366.904.750
25.000.473
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:
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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 )= =P76 (0.6 )
2.5H P = =
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.
-
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Vu = 56 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 hora
Tc =
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
-
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6.2.11 Porcentaje del volumen util izable del tanque
90*(Pmax - Pmin)
%Vu =
Pmax
90*(40 - 20)%Vu =
40
%Vu = 45
6.2.12 Volumen total
Vu
Vt =
%Vu/100
562.5Vt =
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