Universidad de San Carlos de GuatemalaFacultad de IngenieraEscuela de Ingeniera CivilIMPLEMENTACIN DE SISTEMAS HIDRONEUMTICOS RESIDENCIALES, VENTAJAS Y DESVENTAJASErick Amaury Argueta MndezAsesorado por el Ing. Guillermo Francisco Melini Salguero

Guatemala, febrero de 2011

FACULTAD DE INGENIERAIMPLEMENTACIN DE SISTEMAS HIDRONEUMTICOS RESIDENCIALES, VENTAJAS Y DESVENTAJASTRABAJO DE GRADUACINPRESENTADO A LA JUNTA DIRECTIVA DE LA FACULTAD DE INGENIERAPORERICK AMAURY ARGUETA MNDEZASESORADO POR EL ING. GUILLERMO FRANCISCO MELINI SALGUEROAL CONFERRSELE EL TTULO DEINGENIERO CIVILGUATEMALA, FEBRERO DE 2011FACULTAD DE INGENIERA

NMINA DE JUNTA DIRECTIVADECANO 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 IVBr. Luis Pedro Ortz de Len

VOCAL VP.A. Jos Alfredo Ortiz Herincx

SECRETARIOIng. Hugo Humberto Rivera Prez

TRIBUNAL QUE PRACTIC EL EXAMEN GENERAL PRIVADODECANOIng. Murphy Olympo Paiz Recinos EXAMINADORIng. Ronald Estuardo Galindo Cabrera EXAMINADORIng. Francisco Javier Quinez de la Cruz EXAMINADORIng. Rafael Enrique Morales Ochoa SECRETARIAInga. 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 llenarmedeconocimientosyformarme

acadmicamente como profesional.LOS DOCENTES DE LA ESCUELA DE INGENIERACIVIL

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 GENERALNDICE DE ILUSTRACIONES........... GLOSARIO...... LISTA DE SMBOLOS... RESUMEN.. OBJETIVOS INTRODUCCIN....

1GENERALIDADES.

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

1.2Teora sobre sistemas hidroneumticos.

1.2.1Tipos de sistemas hidroneumticos

1.2.2Caractersticas...

1.2.3Partes que componen un sistema hidroneumtico...

1.2.4Funcionamiento.......

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

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

1.3Ventajas ante un sistema comn de almacenamiento.

1.3.1Ventajas.........

1.3.2Desventajas....

1.4Informacinrequerida para el diseo de unsistema hidroneumtico..

1.4.1Generalidades.......

1.4.2Ciclos de bombeo....

1.4.3Presiones......

I III VII IX XI XIII

1

1

2

2

5

7

9

11

12

14

14

15

16

16

18

19

1.4.4Clculo de caudal necesario..22

1.4.5Prdidas de carga....22

1.4.6Medicin de cotas....24

2SELECCIN DEL SISTEMA HIDRONEUMTICO25

2.1Tablas de rendimiento y especificaciones tcnicas del fabricante.25

2.1.1Nmero de bombas......25

2.1.2Potencia requerida por la bomba y el motor.26

2.1.3Dimensionamiento del tanque a presin...26

2.2Tamao del equipo en funcin del espacio con que se cuenta..28

2.3Eleccin del sistema segn el caudal de diseo...30

2.4Costo del equipo.....31

3COMPARACINDEUN SISTEMAHIDRONEUMTICO CON

UN SISTEMA TRADICIONAL...33

3.1Sistema hidroneumtico comparacin de rendimientoante

tanques elevados.......33

3.2Sistema hidroneumtico comparacin de rendimiento cisternas

con bomba centrfuga normal.......34

3.3Comparacinencostoyrendimientoentreunsistema hidroneumtico y

losmtodosde almacenamiento tradicionales35

4CARACTERSTICAS NECESARIAS EN LA RESIDENCIA PARA LA INSTALACIN DE UN SISTEMA HIDRONEUMTICO..39

4.1Capacidad elctrica...39

4.2Espacio adecuado y suficiente para la instalacin....40

4.3Abastecimiento suficiente de agua......40

4.3.1

Dimensionamientodeun tanque cisternapara abastecimiento del sistema hidroneumtico a utilizar41

5APLICACIONES DE SISTEMAS HIDRONEUMTICOS.....45

5.1Residenciales.45

5.2Bombeo a tanques de distribucin de agua potable.45

5.3Riego de plantaciones.......46

5.4Otras aplicaciones......46

5.4.1 Lavandera......47

5.4.2Fraccionamientos....47

5.4.3Edificios de apartamentos...47

5.4.4Hoteles...47

5.4.5Industria purificadora de agua.....47

6EJEMPLOS.....49

6.1Residencias de tres niveles...49

6.1.1Clculo de caudal requerido...50

6.1.2Clculo de tubera....50

6.1.3Clculo de prdidas de carga.52

6.1.4Clculo de presin mnima.52

6.2Dimensionamiento del tanque a presin.53

6.2.1Ciclo de bombeo...54

6.2.2Clculos.....54

6.2.3Volumen til del tanque...54

6.2.4Porcentaje del volumen utilizable..54

6.2.5Volumen total....55

6.2.6Sistema de riego...57

6.2.7Clculo...57

6.2.8Dimensionamiento del tanque a presin..61

6.2.9Ciclos de bombeo....61

6.2.10Volumen til del tanque.....61

6.2.11Porcentaje del volumen utilizable del tanque.62

6.2.12Volumen total.......62

6.3Dimensionamientodeuntanquecisternapara

abastecimiento del sistema hidroneumtico a utilizar....63

CONCLUSIONES...67

RECOMENDACIONES.....69

BIBLIOGRAFA....71

ANEXOS73

NDICE DE ILUSTRACIONESFIGURAS1Presurizador con bomba perifrica.....3

2Bomba jet en acero inoxidable con tanque horizontal y vertical..4

3Bomba jet en hierro gris tanque vertical.....4

4Equipo hidroneumtico con dos bombas multietapas con tanque

vertical en acero..5

5Equipo hidroneumtico con tres bombas multietapas con tanque

vertical de acero..5

6Esquema de funcionamiento11

7Hidroneumtico residencial17

8Ejemplo del perfil de un tanque cisterna.44TABLASI.Tabla para seleccin de tubera pvc para aplicaciones a presin.16

II.Tabla de dotacin mxima recomendada por la OMS....22

III.Tabla para el clculo del caudal diario.......22

IV.Tabla para seleccin de sistemas hidroneumticos basada

en el consumo promedio habitante da.28

V.Tabla de precios de sistemas hidroneumticos...31

VI.Tabla ejemplo para clculo de demanda total diaria...41I

II

GLOSARIOAbrasin 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.III

Dispositivo de encendidosimultneo

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.IV

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

Vutilizado 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.

VI

LISTA DE SMBOLOSBomba

HpCaballos de fuerza (horse power)

QdCaudal de diseo

TcCiclos de bombeo Codo 90 Compresor

P.S.I.Libras por pulgada cuadrada

Manmetro

M.C.AMetros columna de agua

PmxPresin mxima

PmnPresin mnimaVII

Presostato

Tee 90

Vlvula de paso

Vlvula de pie

Vlvula de retencinVIII

RESUMENMediante 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.

OBJETIVOSGeneralDisear un sistema hidroneumtico para residencias no mayores de tres niveles, con un mximo de diez personas, optimizando la presin y reduciendo costos.

Especficos1. 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.

XI

XII

INTRODUCCINPodra 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.

1.GENERALIDADES1.1Sistemas hidroneumticosLos 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.

1

1.2Teora sobre sistemas hidroneumticosLos 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.

1.2.1Tipos de sistemas hidroneumticos a.Presurizador o HidrocellConsiste en un sistema de presurizacin completo, en forma de paquete,

que proporciona agua a presin constante en toda la red hidrulica de la casa.2

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

b.Hidroneumticos simplesConsiste 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.3

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 mltiplesFuncionan 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.

4

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

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

1.2.2Caractersticasa.Sistema presurizador o hidrocellPor su diseo al tener el presurizador pegado a la descarga, el recorrido de aspiracin es mnimo y es posible reducir prdidas de carga.

5

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.

6

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.

1.2.3Partes que componen un sistema hidroneumticoEl 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.

7

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.

8

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.

1.2.4FuncionamientoEs 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.

9

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.

10

A continuacin se presenta un esquema que ejemplifica el funcionamiento:

Figura 6.Esquema de funcionamientoTablero

PresostatoElectrodos

ManmetrosNivel altoNivel bajoCompresor

Drenaje

RedBombaAcometidaProtector marcha en seco

Vlvula de chequeVlvula de pasoVlvula de pie1.2.5Vida til del sistemaLa 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.

11

1.2.6

Fallas mecnicas que influyen en el funcionamiento de un sistema hidroneumticoEntre los problemas mecnicos comunes que puede presentar un sistema hidroneumtico se pueden considerar los siguientes:

a.Si la bomba prende y apaga con mucha frecuenciaPoco 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.

oColocar el selector en modo automtico.

oSi no es este el caso, revisar el fusible.

oSi 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

oRevisar los contactos y la graduacin.

oLlamar 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 automticamenteVerificar 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 descritasEl 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.

13

Se debe verificar el nivel de aceite del compresor,si el modelo lo requiere, al menos una vez al mes.

1.3Ventajas ante un sistema comn de almacenamiento1.3.1VentajasLa 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.14

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.

1.3.2DesventajasEn 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.

15

1.4Informacin requerida para el diseo de un sistema hidroneumtico1.4.1GeneralidadesPrimeramente 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 presinCaudalesLts/Seg

DimetrosNominal InternoPlg.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 4.02Fuente: 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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1.4.2Ciclos de bombeoPara 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.

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1.4.3Presiones a.Presin mnimaLa 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:En donde:

Pmn =

2h+hf+V2g

+hr

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

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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 mximaSe 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.

1.4.4Clculo del caudal necesarioSe 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.

ConsideracionesEl 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 recomendadaTIPOS DE EDIFICIOS DOTACIN MNIMA RECOMENDABLEHABITACIONAL 250 LT/HAB/DA70 LT/EMPLEADO DA 20 LT/M2 DEOFICINAS

REA RENTABLEAUDITORIOS 5 LT/ESPECTADOR/FUNCIN ESCUELAS 30 LT/ALUMNO/DA CAFETERAS 15 - 30 LT/COMENSAL LAVANDERAS40 LT/KG. DE ROPA SECARIEGO DE JARDINES 3-5 LT/M2/DAFuente: 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 diarioUSO DOT. MNIMA CANTIDAD

VOLUMEN DIARIO HABITANTE DARESIDENCIA LT/HAB/DA No. De HAB. No. DE HAB. POR DOT. MNIMAJARDN LT/M2/DA REA EN M2 LT/M2/DA POR REATOTAL DEMANDADIARIA SUMATORIA EN LTSFuente: Sistemas Hidroneumticos de Centroamrica, manual de procedimiento para el clculo y seleccin de sistemas hidroneumticos y de bombeo, ao de 1998, Mxico

1.4.5Prdidas de cargaNo 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.Donde:

hc =

0.473

1.75QL4.75DQ=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 obtenidaPor 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.23

1.4.6Medicin de cotasEl 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.

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2SELECCIN DEL SISTEMA HIDRONEUMTICOPara 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.

2.1Tablas de rendimiento y especificaciones tcnicas del fabricante2.1.1Nmero de bombasEn 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).

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2.1.2Potencia requerida por la bomba y el motorLa potencia de la bomba para un sistema hidroneumtico podr calcularse con la frmula presentada a continuacin:

HP =

Q (lps)*H(metros)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%.

2.1.3Dimensionamiento del tanque a presinEl 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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Tc =

1 hora(en seg.)Ub.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.

Vu=

Tc * Q(bombeo)4c.Clculo del porcentaje de volumen utilizable y el volumen total del tanque,

se podr calcular a travs de la siguiente ecuacin:% Vu= 90*

(Pmax - Pmin)PmaxDonde:

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)Vt =

Vu%Vu/10027

Tabla IV.Seleccin de sistemas hidroneumticos basada en consumo promedio habitante daNo. de llavesNo. De pisosCapacidad del tanque

1 a 56 a 99 a 1313 a 2121 a 28122 32 3320 lts.20 lts.50 lts.76 lts.126 - 167 lts.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.

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

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2.3Eleccin del sistema segn el caudal de diseoEl 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.

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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.

2.4Costo del equipoEl 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 hidroneumticosREFERENCIA 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.31

Capacidad en galones20 galones/

Precio marca no. 1

Precio marca no. 2

Precio marca no. 3

Precio promedio76 lts

30.1 galones/

112 lts

42galones/

153 lts

50galones/

182.5 lts

90 galones/

328.5 lts

125 galones/

456.25 lts

Q4,600.00Q4,330.00Q4,187.00Q4,372.33

Q6,100.00Q5,780.00Q5,750.00Q5,876.67

Q6,725.00Q6,600.00Q6,658.00Q6,661.00

Q7,270.00Q7,190.00Q7,400.00Q7,286.67

Q9,250.00Q8,850.00Q8,780.00Q8,960.00

Q10,065.00Q10,120.00Q9,909.00Q10,031.33

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.32

3COMPARACIN DE UN SISTEMA HIDRONEUMTICO CON UN SISTEMA TRADICIONAL3.1Sistema hidroneumtico comparacin de rendimiento ante tanques elevadosEn 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.

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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.

3.2Sistema hidroneumtico comparacin de rendimiento cisternas con bomba centrfuga normalEl 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

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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.

3.3Comparacin en costo y rendimiento entre un sistema hidroneumticoy los mtodos de almacenamiento de agua tradicionalesLa 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.

35

CUADRO COMPARATIVO No. 136

CUADRO COMPARATIVO No. 237

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4CARACTERSTICAS NECESARIAS EN LA RESIDENCIA PARA LA INSTALACIN DE UN SISTEMAHIDRONEUMTICOLas caractersticas de la residencia deben ser especficamente tres, las cuales son bsicas e imprescindibles, las mismas se enumeran y explican a continuacin:

4.1Capacidad elctricaLa 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

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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.

4.2Espacio adecuado y suficiente para la instalacinEn 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.

4.3Abastecimiento suficiente de aguaEste 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 para abastecimiento del sistema hidroneumtico a utilizarPara 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 cisternaUSODOT. MNIMACANTIDAD

VOLUMEN DIARIO HABITANTE/DARESIDENCIA250 LT/HAB/DA 12 HAB.3,000 LT. DIARIOS

JARDN4 LT/M2/DA100 M2400 LT. DIARIOS

TOTAL DEMANDADIARIA3,400 LTSFuente: RODRIGUEZ-AVIAL, Mariano. "Instalaciones sanitarias para edificios". Quinta Edicin.

Ed. Dossat. S.A. Plaza de Santa Ana, Madrid. AO 200441

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/dax 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:

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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

44

5APLICACIONES DE SISTEMAS HIDRONEUMTICOS5.1ResidencialesLos 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.

5.2Bombeo a tanques de distribucin de agua potableEl 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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5.3Riego de plantacionesLos 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.

5.4Otras aplicacionesLas 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 5.2.46

5.4.1LavanderasDisminuir 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.

5.4.2FraccionamientosUn sistema hidroneumtico puede surtir agua a presin a todo un fraccionamiento a un costo mucho menor que lo que implicara construir un tanque elevado.

5.4.3Edificios de departamentosNo 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.

5.4.4HotelesPueden ofrecer mayor comodidad a sus clientes y dar un valor agregado al husped, ofreciendo el servicio de agua a presin en las habitaciones.

5.4.5Industrias purificadoras de aguaAutomatizacin 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 puedeninstalar vlvulas automticas y se pueden retrolavar los filtros automticamente en

horas de la noche.48

6EJEMPLOS6.1Residencias de tres nivelesConsideraciones inicialesEl 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.DotacionesTIPOS DE EDIFICIOS DOTACIN MNIMA RECOMENDABLEHABITACIONAL 250 LT/HAB/DA70 LT/EMPLEADO DA 20 LT/M2 DE REAOFICINAS

RENTABLEAUDITORIOS 5 LT/ESPECTADOR/FUNCIN ESCUELAS 30 LT/ALUMNO/DA CAFETERAS 15 - 30 LT/COMENSAL LAVANDERAS 40 LT/KG. DE ROPA SECARIEGO DE JARDINES3-5 LT/M2/DADe la tabla anterior, que es un promedio de los caudales para una zona

residencial de clase media alta, se tienelo siguiente:49

USO DOT. M NIMA CANTIDAD

VOLUMEN DIARIO HABITANTE/DARESIDENCIA 250 LT/HAB/DA12 HAB. 3,000 LT. DIARIOSJARDN 4 LT/M2/DA100 M2 400 LT. DIARIOSTOTAL DEMANDADIARIA 3,400 LTS6.1.1Clculo del caudal requeridoQd = 3400 l/h/da= 3400= 0.03935 l.ps.3400 l/h/da

3400Qd ===0.0393524(3600)86400

6.1.2Clculo de tuberaPor ejemplo, para una edificacin de tres niveles la estimacin de la tubera sera:

LONGITUD TUBERA LONGITUDPrimer Nivel 79.33Segundo Nivel 43.94Tercer Nivel 14.91LONGITUD TOTAL 138.1850

Estimacin de longitudes de tubera y longitudes equivalentes poraccesoriosCONECCIONES

CANTIDAD

LONG. EQUIVALENTE (m)

LONG. EQUIVALENTE TOTAL (m)Codos 90 1/2 " 38 0.60 22.80Tee 1/2 " 38 0.20 7.60Vlvula de compuerta 1 0.12 0.12Total Longitud Equivalente

30.52mLa 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 lphD= =13 mm51

6.1.3Clculo de prdidas de carga141.67

1.750hc =

0.473

4.750

168.7013.00464,219.74hc==2.37 m.c.a.195,537.896.1.4Clculo de presin mnima Pmn202Pmin =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 =9.16852

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 ==

45.6HP =0.005686En 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.

6.2Dimensionamiento del tanque a presinPor 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).

53

6.2.1Ciclos de bombeoLos ciclos de bombeo determinan el nmero de arranques del sistema en un periodo de una hora, y los pasos se describen a continuacin:

6.2.2Clculos

Tc

= Tc =

1 horaU3600 seg4Tc=9006.2.3Volumen til del tanqueVu=

Tc *Q(bombeo L/s)4(900) (0.03935)Vu =

46.2.4Porcentaje del volumen utilizable del Tanque%Vu =

90*(Pmax - Pmin)Pmax54

%Vu=

90*(40 - 20)40%Vu =45%6.2.5Volumen totalVt=

Vu%Vu/1008.85375Vt=

0.45Vt =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.

Seleccin de sistemas hidroneumticos basada en consumo promedio habitante daNo. de llavesNo. de pisosCapacidad del tanque

1 a 56 a 99 a 1313 a 2121 a 28122 32 3320 lts.20 lts.50 lts.76 lts.126 - 167 lts.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.56

6.2.6Sistema de riegoConsideraciones inicialesLo 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.

6.2.7ClculoPara 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.

57

Qd =

9000 l/h

=9000=

2.5 l/s

36003600Ya 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 accesoriosCONECCIONES CANTIDAD

LONG. EQUIVALENTE(m)

LONG. EQUIVALENTETOTAL (m)Codos 90 1 " 3 0.90 2.70Tee 1 " 26 1.50 39.00Vlvula de compuerta 1 0.20 0.20Tota l Longitud Equivale nte

41.90mLONGITUD TUBERALONGITUDTubera1,325.00

LONGITUD TOTAL1,325.0058

Longitud total de la tubera =1,325.00 metros. Longitud total equivalente por accesorios =

41.90 metros.TOTAL LONGITUD =1,366.90 metroshc =

0.473

1.75QL4.75DDonde:Q=Caudal en l/h

D=Dimetro en (mm)

L=Longitud en (m)

hc=Prdidas de carga (M.C.A.)hc =

0.473

900025.00

1.7504.750

1,366.905,376,780,109.000hc ==1231.134,367,320.268Para 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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HP =

Q (lps)*H(metros)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%.HP=

(2.5) ( 1 )=76 (0.6 )

2.5HP ==

45.6HP =0.05Se 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.60

6.2.8Dimensionamiento del tanque a presinAl 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.

6.2.9Ciclos de bombeoTc=Tc=

1 horaU3600 seg4Tc =9006.2.10Volumen til del tanqueVu=

Tc *Q(bombeo L/s)4Vu=

900*2.54

61

6.2.11Porcentaje del volumen utilizable del tanque%Vu =

%Vu =

90*(Pmax - Pmin)Pmax90*(40 - 20)40%Vu =45%6.2.12Volumen totalVt =

Vu%Vu/100Vt =

562.50.45Vt = 1,250.00 L = 1.25 m3En 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 cuandoel clima lo requiere, se62

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 utilizarPara 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 mYa que se conoce el volumen del tanque ser sencillo encontrar las medidas del mismo,

63

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 sencillo encontrar las medidas del mismo,

VOLUMEN:7 metros cbicos

ANCHO:2 metros LARGO:2 metros ALTURA:an desconocida

Para estimar la medida que se busca, se har uso de la frmula del volumen del cubo, como se muestra a continuacin:

64

V = (A) (L) (H)7 = (2) (2) (H)7=(H)4(H)=1.75 metrosHabiendo encontrado la altura para el tanque, en este caso la profundidad, se procede a tomar en cuenta alguno 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, por lo cual se tienen las siguientes dimensiones:

VOLUMEN:7 metros cbicos

ANCHO:2 metros

LARGO:2 metros

ALTURA:1.75 + 0.10 + 0.10 = 1.95 metros como altura total.

Las dimensiones que se muestran en el siguiente esquema de muestra en qu manera se manejan los criterios y medidas anteriormente calculadas.

65

Figura No. 8Ejemplo del perfil de un tanque cisterna

66

CONCLUSIONES1. El conocimiento acerca de la implementacin de sistemas hidroneumticos en general es necesario, ya que hoy en da, constituye una opcin ms que justificada y viable por la cantidad de ventajas ante los sistemas tradicionales, como lo son: la presin constante, no permiten la acumulacin de suciedad y algas en las tuberas, entre otras. Adems de los beneficios que conlleva su instalacin, como su bajo mantenimiento, el uso de poca tubera e implementos extras, el mejor funcionamiento de aparatos de uso domstico, etc.

2. Conocer el caudal de diseo determinar el buen o mal funcionamiento del sistema hidroneumtico que se instale, as como la eleccin del tanque presurizado a utilizar, ya que de l depende que la presin se mantenga constante por toda la tubera.

3. El espacio a utilizar es esencial para hacer vlidas muchas de las ventajas de los sistemas hidroneumticos sobre otros mtodos de distribucin de agua, ya que son verstiles y se adaptan a cualquier lugar y espacio disponible, al utilizarse un tanque vertical el espacio utilizado ser mnimo.

4. El mantenimiento de un sistema hidroneumtico es bajo, debido a que, al no permanecer encendida la bomba por periodos largos de tiempo el desgaste es mnimo.

67

5. Las comparaciones hechas entre el sistema hidroneumtico, y los equipos regulares de distribucin de agua en una residencia, logran comprobar que alcanzan al menos un 60% ms de eficiencia sobre cualquier otro tipo de sistema tradicional.

6. La capacidad elctrica de estos equipos se adapta a las condiciones elctricas de una residencia.

7. Es necesario que, a la hora de efectuar la instalacin elctrica para el sistema hidroneumtico, se cuente con un interruptor independiente de corte (flip on), el mismo puede estar en la caja de flipones en la entrada domiciliar, o antes de la caja de control del sistema hidroneumtico, para que sea fcil el corte de la energa en caso de reparacin, mantenimiento o reemplazo del sistema.

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RECOMENDACIONES1. Al momento de adquirir un sistema hidroneumtico consultar a una persona profesional, sea cual fuere el uso que se le de al mismo, ya que de una acertada escogencia depende que el sistema funcione adecuadamente.

2. Implementar un mantenimiento peridico y de carcter preventivo, necesario para aumentar en un porcentaje alto la vida media del equipo. Adems de reducir el consumo de energa si el equipo funciona correctamente, se contar con un servicio y una presin constante, durante mucho tiempo, a bajo costo.

3. Conocer perfectamente el lugar y el espacio donde va a colocarse el sistema hidroneumtico, acercndolo lo ms posible al tanque cisterna y a la instalacin elctrica.

4. En Guatemala, debido a que en ciertas pocas del ao escasea el agua, se recomienda contar con un sistema de respaldo de almacenamiento, como lo es una cisterna, que es la mejor opcin, o en su defecto, un tanque plstico al nivel del suelo, para que el sistema hidroneumtico en ningn momento se quede sin caudal y pueda presentar desperfectos, o simplemente, la residencia se quede sin servicio por mucho tiempo.

69

5. Al momento de efectuar la compra del tanque presurizado, ste debe ser dimensionado de forma que sea capaz de mantener una reserva, para calcularla elevar el volumen neto del mismo desde un 25% o hasta donde se considere prudente para no afectar el funcionamiento de la bomba y no sufrir un incremento significativo en el precio.

6. No exceder de 6 ciclos de bombeo por hora, ya que incidira notablemente en el consumo de energa, as como la reduccin de la vida til del sistema hidroneumtico; sin embargo, con cuatro ciclos se mantendra al mnimo el uso de la bomba.

70

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TYLERG, Hicks. BME, Bombas, su Eleccin y Aplicacin. nica edicin

Mxico: Compaa editorial Continental, S.A., 1979. 325 p.72

ANEXOS73

74

MANUAL DE OPERACIN Y MANTENIMIENTO DE SISTEMAS DE BOMBEO E HIDRONEUMTICOSINTRODUCCIN

DESCRIPCIN DE ACTIVIDADES MANTENIMIENTO PREVENTIVO MANTENIMIENTO CORRECTIVO RECOMENDACIONES PRCTICAS

EQUIPO PRESIN CONSTANTE

EQUIPO HIDRONEUMTICO

INTRODUCCINA continuacin se presenta el Manual de Operacin y Mantenimiento para sistemas de Bombeo e Hidroneumticos.

El presente manual incluye tanto los posibles problemas operativos que puedan presentarse en equipos hidroneumticos y sistemas de bombeo en general, como las labores requeridas para un mantenimiento preventivo que garantice la correcta operacin de los sistemas.

DESCRIPCIN DE ACTIVIDADESA continuacin se presenta en primer lugar una descripcin de las partes y accesorios de un equipo hidroneumtico y sistema de bombeo en general a fin de que el personal a cargo conozca la terminologa pertinente.

75

En segundo lugar se presentan las labores ms importantes dentro del mantenimiento de stos sistemas para luego explicar en forma breve las labores de mantenimiento correcto en caso de fallas en los equipos. Donde la falla principal se asocia al hecho de que una de las bombas del equipo no enve agua al sistema de distribucin.

MANTENIMIENTO PREVENTIVO I.Inspeccin del equipo de control (tablero)a. Rastros de suciedad, polvo, xido: se limpiar la suciedad y el polvo con aspiradora, o con un cepillo de cerdas suaves; las partes metlicas oxidadas sern raspadas y repintadas.

b. Revisar las terminales de las conexiones: apretando todas las uniones, empalmes y otros. Normalmente el sobre calentamiento es causado por empalmes y uniones flojas. Estos puntos son notorios por su color negro. (signo de quemadura).

c.Verificar que todas las partes mecnicas funcionen correctamente. d.Si las conexiones son instaladas en un lugar muy sucio o en un ambiente corrosivo, hay que efectuar esa inspeccin ms a

menudo.

e.No utilizar limas o papel de lija para rectificar contactos.

f. Buscar el recalentamiento de las diferentes partes. Inspeccionar la bobina, eliminar polvo, grasa, corrosin, conexiones flojas y descargas superficiales.

g.Terminales flexibles: buscar cables endurecidos o hilos rotos/

quemados.

h. Caja metlica: ver en el interior y exterior de la caja si sta