Trabajo-Colaborativo-Fase2

FASE 2

TRABAJO COLABORATIVO 

Presentado por:

Héctor Eduardo Alarcón Castro - 4208385

Diego Fernando Castillo – 6103235

Manuel Andrés Dager -
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

Introducción. 3

Resumen.

Objetivos

Caso de estudio

Componentes a usar para el sistema propuesto
Simbología a usar

Conclusiones
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. 

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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     Parr, E. A. (2000). Hydraulics and Pneumatics : A Technician's and Engineer's Guide. Consultado en 12/09/2015 en http://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2048/login?url=http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&db=nlebk&AN=205722&lang=es&site=ehost-live

    Carulla, M. & Lladonosa, V. (1993). Circuitos básicos de neumática. Consultado en 12/09/2015 en http://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2068/lib/unadsp/reader.action?docID=10345424

     Duke J. (4-10-2002). Sistemas Hidroneumáticos. Escuela de ingeniería de Antioquia. Recuperado de: http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/maquinashidraulicas/hidroneumaticos/paginas/hidroneumaticos.htm

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( 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