SISTEMAS HIDRONEUMATICOS
Fase 2 - Aplicar componentes sistemas hidroneumáticos
Aplicación de las temáticas de la unidad 2
Presentado por:
German Alberto
Carvajal Ruiz Cód. 1110519168
Juan Camilo Carrillo Cód. 1111453450
Jefersson Aldemar Velásquez
Cód. 1110585042
Ivan Alejandro
Mercado Cód. 1010192588
Tutor:
Juan Carlos Bustos
Grupo:
243011_10
Universidad Nacional Abierta y a Distancia
UNAD
Ibagué- Tolima
Octubre de 2018
Contenido
Introducción
Resumen
Objetivos
Marco Metodológico
Link video tutorial software simulador hidráulica:
Link video sustentación:
Link Blog:
Aspectos importantes según las
lecturas de la unidad 2
Análisis del caso
Conclusiones
Recomendaciones
Introducción
El presente documento tiene como principio el
reconocimiento de las herramientas del curso Sistemas Hidroneumáticos
correspondiente la Fase 2 - Aplicar componentes sistemas hidroneumáticos, identificando
los elementos que intervienen en el sistema hidroneumático y relacionado sus
características físicas entre ellos, para ser aplicados a un estudio de caso,
usando la información referenciada que nos permitirá desarrollar de manera
adecuada las actividades propuestas la unidad 2, y poder dar solución al caso de
estudio.
Resumen
Objetivos
Objetivo General:
interpretar y comprender los componentes que componen un
sistema hidroneumáticos y su aplicabilidad, diferencias y similitudes
existentes entre estos.
Objetivos Específicos:
- · Comprender e interpretar los componentes de un sistema hidroneumático con su aplicabilidad y funcionamiento.
- · Relacionar la caracterizas físicas, las diferencias y similitudes que existen en los componentes de los sistemas hidroneumáticos aplicados en la industria.
- · investigar y justificar los propósitos de los elementos intervinientes en el sistema hidroneumático
- · comprender el comportamiento de los elementos intervinientes en un sistema hidroneumático, para ser aplicados al desarrollo del caso de estudio.
Marco Metodológico
Link video tutorial software simulador hidráulica:
Aspectos importantes según las lecturas de la
unidad 2
Según la temática manejada en la unidad 2, es de suma importancia reconocer
algunos conceptos fundamentales para el desarrollo de las actividades del curso
sistemas hidroneumáticos y que son esenciales para el desarrollo y estudio del
caso, a continuación se da una descripción breve de cada uno de ellos:
Hidráulica: es una ciencia aplicada semi empírica que estudia el
comportamiento mecánico del agua o de los líquidos, en reposo y en movimiento,
en las obras hidráulicas (canales, tuberías, presas, etc.), en las máquinas
hidráulicas (bombas y turbinas), y, en general, la aplicación de las leyes y los
principios relacionados con el agua como materia física tendente a la
resolución de los problemas que se le plantean al ingeniero. (López, A. (1997)).
·
Presión: Se
define como presión la fuerza normal que actúa por unidad de superficie. (López,
A. (1997)).
·
Viscosidad:
La viscosidad es la propiedad de los líquidos que mide la resistencia que los mismos
ofrecen ante tensiones tangenciales que tienden a deformarlos. La viscosidad es
debida fundamentalmente a la interacción de las moléculas del líquido y nos da
una idea del grado de cohesión de las mismas. Lo contrario de la viscosidad es
la fluidez. (López, A. (1997)).
Hidrostática: es la parte de la Hidráulica que estudia los líquidos
en reposo. El cálculo de los empujes hidrostáticos ejercidos por los líquidos
en reposo, es imprescindible al ingeniero para poder proyectar las estructuras
hidráulicas que los contengan. (López, A. (1997)).
Cinemática: La Cinemática de los fluidos estudia el movimiento de
éstos desde un punto de vista meramente descriptivo, es decir, sin considerar
las causas que lo originan. Se consideran únicamente las relaciones entre las
características de las partículas flui-das (velocidad, aceleración, presión) y
el tiempo, prescindiendo de las fuerzas actuantes, que serán analizadas en la
Dinámica de los fluidos. (López, A. (1997)).
Pérdidas de carga
localizadas: Las pérdidas en puntos
singulares o localizados se producen en los elementos accesorios o singulares
de las tuberías, en los cuales, debido a la variación de la sección, a cambios
de dirección o a ambas cosas a la vez, se modifica la velocidad dela corriente
y surgen torbellinos que producen una pérdida de energía independiente de la
producida por el rozamiento continuo en el mismo tramo de la tubería. (López,
A. (1997)).
Cálculos de pérdidas de carga localizada: Hemos visto que estas pérdidas pueden expresarse en función de la energía cinética, o sea, en la forma:
Tuberías equivalentes: se dice que una tubería es equivalente a otra o a otras cuando transporta la misma cantidad de agua bajo la misma pérdida de carga total. (López, A. (1997)).
Podemos
considerar dos casos:
·
Una tubería
equivalente a otra.
·
Una tubería
equivalente a varias.
Las
tuberías equivalentes se usan para calcular la pérdida de carga de un conducto
o un conjunto de ellos de diámetros, longitudes y/o coeficientes de rugosidad
diferentes. (López, A. (1997)).
Además
que durante la lectura realizada a la unidad 2 se puede encontrar infinidad de
aspectos importantes, que contribuyen al desarrollo del caso.
·
El estudio del movimiento de los líquidos
resulta más complicado que el de los sólidos, dado que en este se analiza un sistema de partículas rígidamente
entrelazadas mientras que en el de los líquidos se completa medio compuesto por
una gran variedad de partículas en movimiento relativo, unas con respecto a la
otra.
·
El método que utiliza la hidráulica para
investigar el movimiento de los líquidos consiste, en la mayoría de los casos,
en suponer que se maneja un líquido perfecto. De este modo los fenómenos
estudiados se simplifican para poder aplicarles las leyes de la mecánica
racional
Múltiples aplicaciones de la hidráulica
ü Hidráulica Agrícola: Riegos, drenajes, defensa
contra la erosión, defensa contra inundaciones, abastecimientos a niveles
rurales, etc.
ü Hidráulica Fluvial: Encauzamientos de ríos,
defensas, presas de embalse, azudes, canales de navegación, etc.
ü Hidráulica Mecánica: Aprovechamiento
de la energía hidráulica, (turbinas).Elevaciones de aguas (bombas)
ü Hidráulica Subterránea: Captación de aguas mediante
pozos, recarga de acuíferos, estudio del movimiento del agua en el subsuelo.
ü Hidráulica Urbana: Captación, conducción,
almacenaje y distribución del agua potable, evacuación y depuración de aguas
residuales, etc.
Propiedades de los
líquidos
Son 5 propiedades isotropía, cohesión, fluidez, incompresibilidad,
peso especifico
·
propiedades de la presión hidrostática: dirección e intensidad
Las dos propiedades fundamentales de la presión hidrostática en
los líquidos se refieren a la dirección e intensidad que posee la fuerza de
presión hidrostática.
1°. La fuerza de presión hidrostática en un punto de una masa líquida
está siempre dirigida según la normal al elemento plano sobre el que actúa.
Lázaro López Andrés Evidentemente, si la fuerza no fuese normal, tendría una
componente tangencial que rompería el equilibrio .En HIDROSTÁTICA todas las
fuerzas superficiales son tensiones compresivas (dirigidas siempre hacia el
interior de la masa líquida), que actúan perpendicular-mente a las superficies
del contorno.
2°. En un punto de una masa líquida existe la misma presión
hidrostática en todas las direcciones, es decir, la intensidad de la presión no
depende del ángulo de inclinación de la superficie sobre la que actúa, siendo,
por tanto, isotrópica
·
presión o tensión del vapor. cavitación
Todos los líquidos, con el aumento de su temperatura o con la
disminución de la presión a la que están sometidos, tienden a evaporarse o
vaporizarse, lo que hacen proyectando moléculas al espacio que está por encima
de su superficie libre. Si este espacio se encuentra cerrado, la presión
ejercida por el vapor que se desprende de la superficie libre del líquido se
denomina tensión de vapor. Cuando transcurre un tiempo suficiente, si aumenta
la temperatura o desciende la presión o combinación de estas dos causas, el
número de moléculas de vapor que chocan contra la superficie del líquido y de
nuevo se condensan, en un intervalo de tiempo, es justamente igual al que
escapan del líquido, alcanzándose así un equilibrio. El espacio cerrado en que
esto ocurre se encuentra saturado, pues no admite más vapor a esa temperatura y
la presión del vapor en ese estado de equilibrio se denomina presión de
saturación (Pv) para esa temperatura.
Análisis del caso
Caso de estudio
En una empresa de
plásticos (PLASTICOL S.A.) se desea obtener un sistema presurizado de agua, tal
que sea capaz de llevar este líquido a los tanques de mezclado de los
compuestos químicos que se encuentran a gran distancia desde la fuente hasta la
planta de mezcla, en donde se desea desarrollar un sistema hidroneumático que
pueda suplir esta necesidad.
El sistema hidroneumático
que se solicita debe contener un tanque hidroneumático capaz de llenar 5
tanques de mezcla cada uno de 5000 
, en el cual se debe
anexar tanto las bombas centrifugas que logren hacer una presión para suplir el
llenado en el menor tiempo posible pero teniendo en cuenta que la distancia
recorrida entre el sistema hidroneumático y los tanques de llenado es de 580
metros, como los cabezales de descarga bridadas y el preostato que se utilice
debe hacer que el paso del agua llene un tanque a la vez, ya que si se llenan
todos al tiempo se pude elevar la presión, una vez se tengan estos elementos
también se debe diseñar el tablero de control e indicadores los cuales
visualizaran las presiones del sistema hidroneumático como también el control
de estas presiones y demás componentes que se consideren necesarios para el
buen funcionamiento de este sistema, las conexiones hidráulicas se dejan a
libre diseño pero deben tenerse en cuenta los aspectos antes mencionados.
, en el cual se debe
anexar tanto las bombas centrifugas que logren hacer una presión para suplir el
llenado en el menor tiempo posible pero teniendo en cuenta que la distancia
recorrida entre el sistema hidroneumático y los tanques de llenado es de 580
metros, como los cabezales de descarga bridadas y el preostato que se utilice
debe hacer que el paso del agua llene un tanque a la vez, ya que si se llenan
todos al tiempo se pude elevar la presión, una vez se tengan estos elementos
también se debe diseñar el tablero de control e indicadores los cuales
visualizaran las presiones del sistema hidroneumático como también el control
de estas presiones y demás componentes que se consideren necesarios para el
buen funcionamiento de este sistema, las conexiones hidráulicas se dejan a
libre diseño pero deben tenerse en cuenta los aspectos antes mencionados.
Con los componentes del
sistema hidroneumático, se debe diseñar las presiones que se ejecutaran dentro
del sistema, calculando las presiones máxima y mínima como también el tipo de
bomba que se utilizara y el área interna de este, se debe hacer el análisis del
tanque y la viabilidad de este diseñando
y calculando las presiones internas que se
manejan dentro del tanque y el sistema como tal, por último se hace
necesario utilizar un compresor que para ello se diseña mediante el cálculo de
las áreas intervinientes del sistema hidroneumático.
Componentes a usar para el sistema
propuesto
Tanque hidroneumático
El tanque nos permitirá que el sistema funcione “a demanda”.
¿Qué significa esto? Que podemos usar agua a un buen caudal (entre 3500 y 4500
litros por hora) sin que la bomba deba ponerse necesariamente
en marcha cada vez que abrimos una canilla.
Cabezales de descarga
brigadas
Conecta en paralelo las bombas y el
tanque hidroneumático. Tiene descargas hacia ambos lados del equipo y se puede
conectar a la red hidráulica por cualquier extremo o por ambos.
Preostatos
Es un instrumento que abre o cierra un circuito eléctrico, en función del cambio de un valor de presión prefijado, en un circuito neumático. También se le conoce como interruptor de presión, en general los presostatos son instrumentos mecánicos.
Su ajuste se realiza mediante un tornillo o una pequeña leva, que aumenta la presión que ejerce sobre un muelle central y éste a su vez, sobre el contacto o contactos. Cuando la presión del sistema supera a la del muelle, los contactos varían de posición y, al contrario, cuando la presión del sistema baja y la del muelle es superior, los contactos varían nuevamente.
Conexiones hidráulicas
Estos pueden ser fijos o desmontables.
Los conectores fijos son aquellos
soldados, en los cuales los tubos están unidos “sin fin” entre sí. En los
conectores desmontables, en principio, los tubos se unen mediante racores o
bridas. Esto puede llevarse a cabo de muchas maneras distintas. De acuerdo con
el tipo de unión se diferencian:
Conectores roscados.
Conectores con casquillo cortante sin
abocinar.
Conectores abocinados.
Conectores por brida.
•
bombas centrifugas
Las bombas centrífugas convierten la energía en velocidad y
luego en energía de presión. Están formadas por un impulsor que gira en una
carcasa.
Las bombas centrífugas están formadas por la capacidad de
fluido descargado en un tiempo determinado, la potencia y el aumento de
presión.
El objetivo principal de las bombas centrífugas es mover
gran volumen de líquido por dos niveles diferentes, transforman algo mecánico
en algo hidráulico. Los principales componentes de una bomba son: una tubería
de aspiración, la voluta y un rodete.
Justificación: para este sistema es fundamental usar
una bomba centrifuga debido a que es solicitada por el cliente además es muy
eficiente y económica
•
sensor de nivel
Los sensores de nivel, también conocidos como
"interruptor de nivel" o "sensor de boya", son instrumentos
que trabajan con un interruptor de contacto (reed switch) y un flotador
magnético. El movimiento del flotador abre o cierra el contacto eléctrico. Con
ellos, se consiguen soluciones versátiles y de bajo coste para su
automatización.
Justificación: El sensor de nivel se usara para
determinar cuando los tanques de almacenamientos están llenos debido a que se
tienen que llenar uno por uno además se tienen que evitar exceso de el agua en
los tanque por lo cual se necesita estar contantemente vigilados por lo cual el
sensor de nivel resolvería ese problema
•
purga para drenaje
Este
dispositivo permite mantener un sistema óptimo, de acuerdo a la periodicidad de
su operación permitiendo purgar el sistema, de esta manera se evita acumulación
de partículas que generen oxidación y atascamiento del fluido.
Justificación: se colocara una purga de drenaje debido a que no se conoce la calidad
del agua la cual se va a almacenar en los tanques por lo cual pode que contenga
sedimentos por lo tanto para tener el tanque en optimas condiciones se usara
una puga de drenaje
•
válvula de seguridad
están diseñadas para aliviar la presión cuando un fluido
supera un límite preestablecido (presión de tarado). Su misión es evitar la
explosión del sistema protegido o el fallo de un equipo o tubería por un exceso
de presión. Existen también las válvulas que alivian la presión de un fluido
cuando la temperatura (y por lo tanto, la presión) supera un límite establecido
por el fabricante
Justificación:debido a que estamos manejando agua a
una presión considerable es recomendable usar una válvula de seguridad esto con
el fin de evitar accidentes en el sistema
•
válvula anti retorno
Las válvulas de retención se utilizan en los sistemas
fluidos para permitir flujo en una dirección y para bloquear el mismo en la
otra dirección. Se clasifican como válvulas de control direccional de una sola
vía o unidireccionales. La válvula de retención puede instalarse
independientemente en una línea para permitir el flujo en una dirección
solamente, o puede ser utilizada como parte integrante de válvulas globo, de
secuencia, de contrabalancee, y de válvulas manorreductoras
Justificación: en este sistema se usaran válvulas
anti retorno debido a que el retorno del agua puede ser perjudicial para el
sistema alterando las lectura y los instrumentos
•
tablero de control
son paneles donde se encuentran instrumentos
para la conexión, control, maniobra, protección, medida, señalización y
distribución, todos estos pequeños dispositivos que integran el tablero
eléctrico permiten que una instalación eléctrica funcione correctamente.
Justificación:es una parte
fundamental para el sistema que estamos creado debido a que con el podemos controlar
todo el sistema hidráulico mediante el accionamiento de ciertos interruptores y
SWITCHES
•
filtro para aire
Un filtro de línea es un equipo que se utiliza para el
tratamiento del aire comprimido. Su principal misión es limpiar el aire
comprimido de impurezas de todo tipo, incluso bacterianas.
Justificación:debido a que en el sistema que estamos
creando estamos utilizando circuitos neumáticos para el control del circuito es
importante como precaución poner un filtro de aire esto con el fin de evitar
que partículas dañen los componentes
•
tubería de transporte
en el campo de la hidráulica la tubería de transporte esta
encarga de llevar líquido y dirigirlo a trabes de toda la red en la cual este
instalada
Justificación:para este sistema usaremos acero
galvanizado esto debido a que es un material de alta resistencia que además es
resistente a la oxidación lo cual es importante debido a que se trabaja con
agua además no sabemos en qué ambiente se va a colocar el sistema
•
compresor
Un compresor es una máquina de fluido que está construida
para aumentar la presión y desplazar cierto tipo de fluidos llamados
compresibles, tales como gases y vapores. Esto se realiza a través de un
intercambio de energía entre la máquina y el fluido, en el cual el trabajo
ejercido por el compresor es transferido a la sustancia que pasa por él
convirtiéndose en energía de flujo, aumentando su presión y energía cinética
impulsándola a fluir.
Justificación: este componente es fundamental debido
que se desea que es sistema se pueda controlar a distancia con lo cual se
utilizara la neumática y el compresor tiene la función de proveer de aire a los
distintos componentes
•
manómetros
es un instrumento de medida de la presión en fluidos
(líquidos y gases) en circuitos cerrados
Justificación: este componente se usara debido a que se
necesita poder observar el comportamiento del sistema y si hay alguna anomalía
en la presión que pueda alterar el sistema
·
Electroválvulas
una válvula electromecánica, diseñada para controlar el paso
de un fluido por un conducto o tubería. La válvula se mueve mediante una bobina
solenoide. Generalmente no tiene más que dos posiciones: abierto y cerrado
·
·
Válvula
de purga para drenaje de la tubería:
Este dispositivo permite mantener un sistema óptimo,
permitiendo purgar el sistema, para evitar acumulación de partículas que
generen oxidación y atascamiento del fluido. Con este dispositivo ayudamos al
mantenimiento propio de las tuberías internamente, para evitar obstrucción de
estas con el transcurso del tiempo.
· ·
Llaves
de paso:
También se suele llamar válvulas
a estas llaves, puesto que algunas de ellas, además de servir para cortar el
paso, tenían la función de evitar que el agua circule en la dirección contraria a la deseada
(reflujo), es decir, que además eran válvulas en la acepción primitiva del
término.
El diseño del sistema funcionaria de tal forma que se va a controlar las
válvulas para llenado de cada tanque individual, como se muestra la imagen,
además de tener en cuenta que el trayecto de los 580 metros entre la bomba y el
sistema, tiene solo un pérdida considerable en el primer codo de la bomba hasta
la primera válvula, y después tocaría sacar cálculo para cada perdida en los
codos donde va cada electroválvula. A continuación se ve reflejada la idea de
cómo va ir le montaje del sistema presurizado.
Sistema guía para el diseño de nuestro sistema
Conclusiones
·
Establecer las necesidades principales del
caso de estudio, permite desarrollar
estrategias que ayudaran a comprender el
comportamiento de los elementos intervinientes en un sistema hidroneumático,
para ser aplicados al desarrollo del caso de estudio, partiendo de los
conceptos teóricos y cálculos matemáticos necesarios para complementarlos en el
sistema de
acuerdo a sus dimensiones, rangos de uso y funciones específicas según su ficha
técnica, con el fin de cumplir con la función especifica del sistema
establecido en el caso.
·
El desarrollo de sistemas hidráulicos para
la construcción del caso de estudio nos permitirá realizar instalaciones con altas
presiones a partir del estudio de diferentes bombas que ayuden a establecer un
sistema eficiente y cumplir con su función específica.
Recomendaciones
La mejor forma de establecer los elementos necesarios
que nos lleven a realizar un adecuado análisis del caso, es resolviendo paso a
paso cada una de las necesidades, calculando perdidas, presiones, etc. Por
partes estratégicas independientes como la parte del sistema neumático, el
sistema hidráulico, perdidas e tubo, control de bomba, etc. Esto ayudara a
establecer una organización en el desarrollo del sistema permitiendo realizar
la solución del caso de manera precisa y funcional.
Bibliografía
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http://www.scielo.org.mx/pdf/tca/v5n4/v5n4a11.pdf
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