FASE
2
TRABAJO
COLABORATIVO
Presentado por:
Héctor Eduardo Alarcón Castro - 4208385
Diego Fernando Castillo – 6103235
Manuel Andrés Dager -
Pedro Luis Beltran
Pedro Luis Beltran
Código
de la materia 243011
Grupo
1
Presentado
a:
Fabián
Bolívar Marín
SISTEMAS
HIDRONEUMATICOS
Universidad Nacional Abierta y a Distancia
- UNAD
30-10-2016
Tabla de contenido
Caso de estudio
Componentes a usar para el sistema propuesto
Simbología a usar
Simbología a usar
Conclusiones
Recomendaciones
Recomendaciones
Bibliografía
Introducción
El presente trabajo tiene como
finalidad conocer los diferentes conceptos, referenciados a circuitos de
fluidos, suspensión y dirección, donde encontramos temas relacionados a nuestro
problema planteado, siendo necesario identificar los temas aplicados que
conllevan a un mayor entendimiento del principio de la hidroneumática. De igual
manera se logra reconocer todos los componentes aplicados a esta ciencia, donde
destacamos las magnitudes y leyes de los circuitos de fluidos, los componentes
neumáticos e hidráulicos y la simbología aplicada a la neumática e hidráulica.
Resumen
De
acuerdo al problema planteado, se realiza un proceso de reconocimiento teórico
del contenido de las diferentes temáticas propuestas, de acuerdo a su contenido
compartiremos los aspectos principales, relacionados a la presión de los
fluidos, identificando los componentes propios de circuitos neumáticos e
hidráulicos, donde reconoceremos el tratamiento del aire comprimido y
reconociendo las especificaciones de los dispositivos y elementos a usar en el
sistema.
Después
de conocer los elementos principales dispuestos para el funcionamiento del
sistema, justificamos dichos elementos para aplicarlos al problema planteado.
Se evalúa también los componentes eléctricos y de control para garantizar la
operación y protección de sus componentes.
Objetivos
- · Se clarifica las ventajas en la aplicación de los sistemas hidroneumáticos y su aplicación en la industria.
- Se identifican los componentes necesarios de acuerdo a una justificación requerida, para proponer el elemento usado en el sistema.
- Se realiza un análisis al sistema de control y protección y los elementos necesarios para la gestión de la operación.
- Conocer la simbología usada en los circuitos hidroneumáticos.
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 𝑐𝑚3,
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.
·
Información entregada
1
Tanque de mezcla cada uno de 5000 cm3 = 0.005 m3 = 5 L
5
tanques de mezcla = 0.025 m3 = 25 L
Tiempo
= 150 segundos
Distancia
de llenado 580 m
Componentes
a usar para el sistema propuesto
De
acuerdo al requerimiento se evaluara los componentes necesarios para el sistema
planteado, teniendo en cuenta la funcionalidad de cada uno de ellos.
1. Tanque
de presión
De
acuerdo a la necesidad del sistema se requiere un elemento esencial, el cual
tiene una gran importancia en el funcionamiento del proceso, demostrando ser
una opción eficiente y de grandes ventajas. Hacemos referencia a un tanque
parcialmente lleno con aire a presión, haciendo que la red mantenga una
adecuada disposición en su funcionamiento. Este elemento consta de un orificio
de entrada y otro de salida para el servicio, teniendo en cuenta que requiere
mantener un sello de agua, que evita la entrada de aire a la red de
distribución, de igual forma es necesaria una entrada de aire para mantener la
presión en caso que esta sea requerida.
Figura
1. Tanque de presión
2. Conjunto
Motor Bomba acorde a la necesidad de la red
La Motobomba
seleccionada es un equipo tipo monobloque, que permite el abastecimiento de la
demanda máxima de acuerdo a las presiones de trabajo, el tamaño de la bomba
debe garantizar una autonomía de manera automática, que permita mantener la
presión del sistema, de acuerdo a los cálculos previos. Podemos encontrar una
bomba en stand bye, como respaldo del sistema en caso que falle el conjunto de
motobomba principal, o en su efecto se podría usar bombas alternadas para
mantener los motores óptimos en el aislamiento del conductor. El funcionamiento
de la motobomba de acuerdo a un análisis requiere la viabilidad entre
optimización y costes, teniendo en cuenta que si opera de manera alternada, sus
componentes tendrían una vida útil más corta, o se podría acordar operarlas por
horas trabajadas, para tener un mejor seguimiento a los equipos.
Figura
2. Conjunto motor Bomba
- Aplicaciones
Bombeo
de agua para tanques de mezcla con un ph 7
- Para las especificaciones del motor es necesario tener en cuenta:
·
Conexión del motor (trifásico, bifásico,
monofásico)
·
Potencia
·
Tensión
·
Revoluciones por minuto
·
Frecuencia
·
Corriente nominal
·
Rodamientos
·
Dimensiones
·
Tipo de arranque
·
Peso
- Para las especificaciones de la bomba es necesario tener en cuenta:
·
Diámetro de succión: 2.1/2”
·
Diámetro de descarga: 1.1/2 ”
·
Caudal de descarga máximo
·
Altura máxima
·
Presión máxima
·
Peso
·
Dimensiones
·
Características del sello mecánico
·
Características del tipo de rodamiento del
eje
a 3. Purga
para drenaje de la tubería
Este
dispositivo permite mantener un sistema óptimo, de acuerdo a la periosidad de
su operación permitiendo purgar el sistema, de esta manera se evita acumulación
de partículas que generen oxidación y atascamiento del fluido. Este sistema de
purga puede ser de manera automática o manual, dependiendo de la dureza del
agua y del tiempo de horas trabajadas. Con este dispositivo ayudamos al
mantenimiento propio de las tuberías internamente, para evitar obstrucción de
estas con el transcurso del tiempo.
Figura
3. Válvula de purga
a 4. Manómetro
Es
un instrumento necesario en el sistema, nos permite medir la presión del tanque
y de la red en diferentes puntos, esto con el fin de identificar las áreas de
la red, donde se evidencie ausencia de presión o problemas de baja presión. Nos
sirve como elemento de supervisión y de seguimiento a la red, determinando
deficiencia del sistema.
( Agoora, s.f.) . Presostato para
compresor monofásico. Consultado el 25 /10/2016 en https://www.agoora.es/es/compresores-de-aire/presostato-para-compresores-monofasico-14-4-vias.html
Figura
4. Manómetro
- Especificaciones para tener en cuenta:
·
Material de
la caja
·
Esfera
Ondulada, en el anillo de acero inoxidable
·
Modelo /
caja de relleno RChg / sin caja de relleno RChgG / con relleno de caja
Glicerina
·
Clase de
precisión / tamaño nominal caso
·
Material
contacto fluido
·
Rangos de
presión
a 5. Válvulas
de seguridad
Este
dispositivo debe garantizar las sobrepresiones generadas en el tanque
hidroneumático, cumpliendo con un alto grado de seguridad y confiabilidad, su
selección depende del diseño del sistema, el material de fabricación y sus
componentes de instalación. Su importancia radica en la protección del sistema
dando continuidad a la producción, y la seguridad e integridad a las personas,
al medio ambiente y a los equipos.
Figura
5. Válvula de seguridad
a 6. Válvulas
antirretorno
Esta
válvula es requerida en nuestro sistema, teniendo en cuenta que es indispensable
cerrar el paso del fluido en circulación, asegurando fugas del sistema por la válvula
de entrada, además protege la electroválvula que permite el ingreso de fluido. Básicamente
la función de esta válvula es mantener a presión la tubería en servicio y poner
en descarga la alimentación.
Figura
6. Válvula anti retorno
b 7. Interruptores
de presión
Este
instrumento es uno de los elementos más importantes para el sistema de control
de nuestro sistema, el interruptor de presión o presóstato, permite activar por
medio de unos contactos, otro dispositivo para conexión o desconexión de las
electroválvulas, que permiten el paso de llenado del tanque hidroneumático y
los tanques de mezcla, de igual forma ayuda en el ahorro de energía en la
operación del compresor y de la motobomba.
Es importante calibrar las presiones de
servicio en el interruptor de presión, para que actué de acuerdo a las
presiones requeridas en el cálculo previo.
Figura
7. Interruptor de presión
c 8. Compresor
El
compresor es el componente esencial en el sistema hidroneumático, teniendo en
cuenta que por medio de su funcionamiento, mantiene el tanque con una
compresión de aire determinada de acuerdo al cálculo del sistema. Su función
específica es mantener un porcentaje del tanque con una presión, que se ve
reflejada en el agua bajo presión, para que la descarga esté disponible de
acuerdo a la demanda del servicio.
Figura
8. Compresor
- Entre sus especificaciones para tener en cuenta son:
·
Capacidad
·
Categoría alta presión
·
Categoría especial estacionario
·
Potencia del motor
·
Velocidad del motor
·
Tensión de alimentación
·
Corriente nominal
·
Frecuencia
d 9. Dispositivo
de drenaje del tanque hidroneumático, con su correspondiente llave de paso
Este
elemento garantiza un mantenimiento predictivo al tanque hidroneumático, de
acuerdo a sus características se debe garantizar un servicio total en apertura
y cierre, debe tener una resistencia mínima a la circulación del fluido, para
garantizar el desfogue del tanque y de la tubería del sistema en la parte
inferior.
Figura
9. Drenaje tanque hidroneumático
e 10. Filtro
y secador para aire, en el compresor o equipo de inyección
Este
filtro permite mantener la calidad de aire del sistema, así como la de proteger
los componentes de la contaminación. El secador permite cubrir la presión
máxima de trabajo, reduciendo el monóxido de carbono generado en el sistema,
con un pre filtrado de las partículas. Estos elementos forman parte integral
del sistema alargando la vida útil de sus componentes.
Figura
10. Tratamiento del aire
11. . Electroválvulas
Este
actuador es necesario en el sistema, ya que por medio de estos, permite el
llenado de los tanques de acuerdo a la presión de servicio, permitiendo el paso
del fluido. Esta válvula opera por medio de una bobina solenoide en la cual
operaria en posición abierto cuando reciba señal de un contacto del presóstato
de acuerdo a la presión preestablecida.
Figura
11. Electroválvula hidráulica
g 12. Tablero
de control potencia de motores
El
tablero de control está compuesto por unos elementos específicos, encargados
como su nombre lo indica del control del proceso, para ello es necesario
identificar la instrumentación y actuadores necesarios del sistema propuesto.
Sus componentes van relacionados a la función de operación, incluidos sistemas
de seguridad y protección, de acuerdo a las características y calibración de la
instrumentación y los dispositivos de control que garanticen el normal
funcionamiento de los motores y de las electroválvulas.
Para
este control, es necesario un selector que permita su operación de manera local
y automática, es necesario visualizar en el tablero, el funcionamiento del
compresor y las motobombas donde se verifique motores en servicio, motores
apagados, además de tener indicación de disparo térmico en caso de falla. Es
importante llevar la señal de disparo de la válvula por sobre presión del
tanque hidroneumático y que esta señal por medio de un relé visualice esta
falla en el tablero.
También
se podría llevar las señales de operación de las electroválvulas, accionadas en
el proceso de llenado de los tanques de mezcla, esto para corroborar la
operación de estos actuadores, esta señal de operación se llevaría de un
contacto NO del relé de accionamiento de cada válvula.
Figura
12. Tablero de control
- Los componentes necesarios para el tablero de control pueden ser:
·
Interruptor principal de protección para
cada motor
· Contactores eléctricos para los motores en
AC3 teniendo en cuenta que es corriente inductiva y de acuerdo a la corriente
nominal de placa.
·
Relés térmicos para cada motor, de acuerdo
a la corriente nominal
·
Relés auxiliares para el control de las
señales de la instrumentación.
·
Relés para la operación de las
electroválvulas
·
Bombillos de señalización de operación de
los motores y electroválvulas
·
De acuerdo a la tensión de ser necesario
un transformador para que el control sea de 110v
· El tablero debe tener una resistencia para
la calefacción, manteniendo los componentes con una humedad relativa
determinada.
1 13. Cabezal
de descarga
El
cabezal de descarga hace referencia al conjunto de elementos necesarios para
tratar, medir y suministrar el agua que se distribuye en la red, en el sistema
de impulsión es importante verificar su instalación para garantizar que el agua
llegue al último tanque de destino, de igual forma el sistema de purga, que
evita acumulación de partículas minerales, ocasionando obturación a la red,
generando altos costes de mantenimiento, su diámetro debe ser acorde a la
distancia y potencia del motor.
Identificación
de la simbología
Conociendo
la importancia de la función en el diseño del sistema, es importante
identificar la simbología aplicada a las redes hidroneumáticas y el sistema de
control, de tal forma que nos facilite relacionar estos elementos para un
control adecuado al sistema. Para ello reconocemos la simbología de algunos
elementos que podemos usar a nuestro planteamiento.
Simulación
Esquema
de los requerimientos de nuestro sistema
Conclusiones
Entre
los diferentes sistemas de abastecimiento y distribución de agua en
instalaciones industriales, los equipos Hidroneumáticos han demostrado ser una
opción eficiente y versátil, con grandes ventajas frente a otros sistemas; este
sistema evita construir tanques elevados, instalando un tanque parcialmente
lleno con aire a presión. Esto hace que la red hidráulica mantenga una presión
necesaria, mejorando el funcionamiento del servicio.
Se
identifican los diferentes componentes para el funcionamiento del sistema,
teniendo en cuenta su importancia en el proceso de acuerdo a los
requerimientos. También podemos establecer una relación entre cada elemento de
acuerdo a su función específica.
Se
realiza un análisis al sistema eléctrico, teniendo en cuenta el circuito de
fuerza y de control, verificando los componentes a usar para el funcionamiento
óptimo del sistema, donde damos importancia al control de protección y las
especificaciones propias de las características de cada elemento a usar.
Se
identifica la simbología de los circuitos hidroneumáticos, para familiarizarnos
con estos sistemas.
Recomendaciones
- · Se requiere identificar la potencia real de la bomba para definir los elementos de fuerza y protección instalados en el tablero de protección.
- · Es necesario identificar en la línea de servicio, válvulas de corte que permitan en determinado momento, cerrar o abrir válvulas para el mantenimiento del sistema
Bibliografía
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fluidos: suspensión y dirección. Consultado en 12/09/2015 en http://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2068/lib/unadsp/reader.action?docID=10505011
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básicos de neumática. Consultado en 12/09/2015 en http://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2068/lib/unadsp/reader.action?docID=10345424
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