diseño de tanques neumaticos

5/14/2018 diseo de tanques neumaticos

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1 8 , T A N Q U E S N E U M A T I C O S


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lB.l NORMAS ELECTROMECANICAS QUE INFLUYEN EN EL DISENo DE TANQtTES NElJMA-TICOSTodo sistema hidroneurnatico para el aprovisionamiento de agua a pre-

sion, cualquiera sea su tarnano, consta de los siguientes elernentos~Una 0 dos electrobombas con sus aparatos de arranque y protecci6n.Un compresor 0 cualquier otro artefacto capaz de suministrar arre apresion.Un dispositivo adecuado para mantener las presiones y/o nive l delagua.Un reservorio a presion, Ilamado comunmente tanque neumatico.Los equipos de tamano pequeno suelen adquirirse unas veces armados de

fabrica, esto es como un idades compactas; otras veces desarmados, con todoslos elementos necesarios bien seleccionados y listos para ser ensamblados enobra, por 10 que estas instalaciones pequef!.as no requieren mayores preocupa-ciones.

En cambio, las instalaciones medianas y grandes deben proyectarse es-pecialmente, de modo que sus elementos satisfagan determinadas condiciones dedisef'\o.

Entre estas condiciones se toma principaimente en cuenta; las pre-siones de arranque y parada, la capacidad util del tanque para suplir la maxi-ma demanda de agua y el gasto 0 caudal que debe suministrar el equipo de bom-beo para reponer el consumo.

Es asI que, tanto el equ ipo de bombeo como el tanque resultan concapacidades identificadas por valores nume ricos de c alculo, que s i bien soncorrectos en el sentido hidraulico, 1a mayor parte de las veces no se ajustana las normas electromecanicas que deben cump1irse para lograr un buen diseno yobtener la mas alta eficiencia de toda 1a insta1aci6n.

Veamos pue s, cua les son las normas electromec anicas que influyen enel diseno de los tanques neumaticos.

IB.1.1 EN EL ASPECTO MECANICODebe tenerse en cuenta que las dimensiones de los tanques se han nor-

ma1izado a tamanos esca10nados. con los que se pueden cubrir todas las capaci-dades deseadas, consiguiendose e1 mejor aprovecharniento de las p1anchas rneta-1icas come rciales, Esto trae consigo un doble beneficio. En primer lugar,bajar el costo de fabricaci6n pues se e1irnina la retacerfa. En segundo lugar,suprimir las uniones no necesarias y/o parches soidados entre planchas, 10 quefacilita la me jor con struc cidn del tanque ya que se aumenta su resistencia a1a par que se 10gra un mejor acabado.


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TABLA 18.1DIMENSIONES NORMALIZADAS PARA LA CONSTRUCCION DE TANQUES NEUMATICOSY CARACTERISTICAS DE LOS COMPRESORES ADECUADOS

CAPACIDAD DIMENSIONES CARACTERISTICASVt DIAMETRO x LONGlTUD DEL COMPRESOR(Gal. USA) (Pu1g.) (Pies) T am af ta ( PC M) Patencia (HP)12 12" x 2' 225 A20 14" X 2.5' 225 A30 16" X 3' 225 A42 1 fi" x 4' 225 A Tamafto del66 20" x 4' 225 A cargador85 20" x 5' 225 A necesario

120 24" x 5' 225 B (mode1os:140 24" x 6' 225 B Jacuzzi 0180 30" x 5' 225 B Imperial)220 30" x 6' 225 B300 30" X 8' 225 C350 36' x 6' 225 C450 36' x 8' 2 x 225 C560 36' x 10' 1.5 1/2550 42" x 7' 1.5 1/2770 42" x 10' 1.5 1/2900 42" x 12' 3 3/4

1050 42" x 14' 3 3/41000 48" x 10' 5 11200 48" x 12' 5 11500 48" x IS ' 7.5 1-1/21800 48" x 18' 7.5 1-1/21900 48" x 20' 7.5 22350 60" x 16' 7.5 22940 60" x 20' 11.0 33525 60" x 24' 1l.0 3


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Las dimensiones normalizadas para 1a construcci6n de tanques neumati-cos se muestran en las dos primeras columnas de la Tabla 18.1.

En dichas columnas no es de extranar quenos en la secuencia de capacidades ya que estasdimensiones de las planchas utilizadas.

se presenten algunos retor-obedecen aI cambia en las

Cuando se trata de instalaciones grandes que requleren tanques de misde 1200 galones de capacidad, es aconsejable combinar dos tanques en paralelo,capaces de suministrar juntos la capacidad deseada.

Esta solucian tambien debe tenerse en cuenta para instalaciones chi-cas, siempre que e l tamai'!.oel tanque resu1te todavia grande, no se dispongade suficiente espacio para su instalacian a 1a entrada a 1a sala sea estrechapara permitir el ingreso a un tanque grande.

Las instalaciones1a mitad de la capacidadperiadica, aunque aumentan

que utilizan dos tanques en para1elo, cada uno contotal, ofrecen mayor facilidad para su limpieza

1igeramente el costo de los accesorios de control.Los tanques neumaticos pueden montarse indistintamente en posici6n

horizontal 0 vertical. Para los efectos del calculo de su capacidad, no tieneimportancia la posicion del montaje, sin embargo, el montaje vertical es masventajoso, puesto que de esa manera no solo se ahorra espacio, sino que selogra que las superficies de los fluidos alre y agua, que estan intimamente encontacto dentro del tanque , sean menores, y as! se disminuye 1a inevitahleabsorci6n del aire por el agua, con 1a consiguiente perdida de presi6n.

Desde que el aire del tanque se me zcla gradualmente en el agua, sedebe proveer un dispositivo capaz de aportar el aire perdido. Para las media-nas y grandes instalaciones, esta funcian la cumple un compresor mecinico, es-cogido can capacidad suficiente para aportar el volumen de a rre necesario ymantener la presion neumatica.

Por razones comerciales, el compresor de aire mas pequei'!.oque sefabrica es de 1/2 HP. Par 10 tanto, para las instalaciones pequei'!.as alguna sde las me diana s se puede reemplazar el comp resor por aLgiin otro dispositivomas simple a econ6mico, que sea capaz de reponer el aire en forma continua ysegura.

Para estos casos los cargadores hidraulicos de alre (Jet Charger) ensus varios tamanos y modelos dan excelentes resultados.En las dos liltimas columnas de la Tabla 18.1 se dan las caracteristi-

cas de los cargadores y/o cornpresores recomendados para las diferentes capaci-dades de tanques.

Cabe notar que los modernos cargadores hidraulicos de aire de tamai'!.ogrande pueden func ion ar eficientemente hasta con tanques de 2000 galones decapac idad , siempre que las pre si.orie de ope r ac i.on no excedan de 5 kg/crn:?,0sea, 70 libras por pulgada cuadrada.


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En resumen, a partir de los tanques de 500 galones de capacidad y/ogue deben operar can mayor presion que la indicada arriba, se justifiea la1nstalaci6n del compresor, mientras que para aquellos tanques de menor capaci-dad a que deben operar can menor pres i on de 5 kg/cm2, a sea, 70 lbs/pulg2,resulta mas ventajoso utilizar cargadores hidraulicos de aire.

En la Figura 18.1 (a-f) se muestran los principales modelos comercia-les de cargadores h i .d fiu.Lcos de aire , asf. como su :funcionamiento e instala~ci6n.

18.1.2 EN EL ASPECTO ELECTRICOPara que un sistema h id roneumat i.co de cualquier capacidad funcionesatisfactoriarnente, el accionarniento de las bombas debe ser producido porm ot or es e le ct ri eo s.El motor electrico es la maquina mas efieiente, segura y sabre todomas facil de controlar. Sin embargo, durante el breve lapso que sigue a cadaarranque, todo motor electrieo absorbe elevadas corrientes de la red, las quese transforman en calor.De llegar a repetirse los arranques muy seguidos, se acumulara exce-

siva temperatura en los bobinados y como el sistema propio de ventilaci6n delmotor no es capaz de disipar en igual proporci6n cuando el motor esta deteni-do, la acumulaci6n del calor termina par quemar las bobinas y a r ruina r e Imotor.Por este motivo es sumamente importante que el tamafto del tanque seaealculado teniendo en cuenta e1 numero de arranques por hora que puede sopor-tar el motor, a fin de que su temperatura no exceda la permitida, y los con-tactos del arrancador no se desgasten en forma prematura.

TABLA 18.2NUMERO MAXIMO PERMITIDO DE ARRANQUES POR HORA (N)

TAMAnO DE LAS POTENCIA ARRANQUES-HORAINSTALACIONES (HP) (N)

I Pequef'fas Menores de 1 HP 12 a 24Medianas De 1 a 5 HP 8 a 10Grandes Mayores de 5 HP 4 a 6


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225" 2258 22'C

Figura 18.1 (a)COMO FUNCIONA EL CARGADOR

Cualquie r ma rca 0 modelo de eargador (ver Figura 18.1 (b), eonsta de un ree i-piente cerrado CD), cuyo extrema inferior se conecta a la suceion de la homhamediante un tuba de eobre 0 manguera PVC. En este extremo hay una valvula deflotador (E) que cierra el paso cuando el agua del recipiente se termina. Enel extremo superior del eargador hay adosado un tubo en angulo, que sirve paraeonectarlo al tanque neumatico. Este tuba en su interior lleva incorporado unp~queno venturi (B), euya zona de vacio esta unida a una valvula de aire (A)eerrada por resorte, de modo que solo se puede abrir para permitir el ingresodel aire exterior.El deflector (C) ubicado dentro del cargador, rompe la continuidad del cho rrodistribuyendo el agua hacia las paredes y facilita que esta se separe del aire.Cada vez que arranca la bomba y existe agua sobre el punta de corie xidn delcargador, el vacio creado par la bomba SUCClona esta agua a trav~s del ventu-ri, el cua l crea un vacio que ahre l a valvula (A) y permite Ia entrada rielaire atmosferico al sistema.El agua contenida en el r ecipiente (D) es poco a poco reemplazada par aire ,hasta que la valvula de flotador, baja por falta de agua y cierra la suceionde la homba impidiendo que entre alre.Cuando la bomba se detiene, el aire c'lentrodel cargador es comprimidopresion del sistema, pe ro por existir mayor altura de agu a dentro delneurnfiico que dentro del recipiente del cargado r , el aire acumulado enforzado a ingresar al tanque neumatieo.

a latanqueel es

En cadarecuperadiente aEntonees

ciclo de bombeo se r-epite esta ac cirin, hasta que el tanque neuma ti.coe I aire ne ce sa ri,o para e stabilizar su nivel en la altura correspon -la conexi6n del eargador, como se muestra en La Figura 18.1 (d.el car~ador deja autom'tieamente de funeionar.

Figura 18.1Modelos comerciales de cargadores de aire

y su correcta instalacion


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c_

DE _ -

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Figura 18.1 (b) Figura 18.1 (c)

La Figura 18.1 (d) muestra una instalaci6n tipica de cargador.La Figura 18.1 (e) muestra como se pueden conectar dos cargadores en paralelo,para reemplazar a uno de mayor capacidad.La Figura 18.1 (f) muestra un c ar gado r insta1ado de manera diferente a la con-vencional. Esta forma de instalaci6n se utiliza cuando hay necesidad de unabomba (Booster) para aumentar La presion de un sistema de gravedad insufi-ciente.Se debe instalar una valvula de retenci6n entre la bomba y el tanque neuma-:tico , Cuando Ia bomba funciona, el aire contenido en el cargador es forzadoal tanque neumiitico. Al detenerse la bomba, l a mayor presion acumulada en eltanque neumati.co , obliga al agua a regresar al tanque de graved ad , por e I t.uboque une el cargador con la bomba. Esta agua al atravesar el venturi del car-gador motiva el vacio necesario para abrir la valvula de aire l1enandose canella el cargador, hasta que su flotador por falta de agua baja y cier ra latoma inferior de succi6n. En cada cicIo se repite esta operacion.

Figura 18.1 (d)

S UGER ENC IAS PAR A LA INS TAL ACIO N

Figura 18.1 (e) Figura 18.1 (f)Figura 18.1 (continuacion)

Modelos comerciales de cargadores de airey su correcta instalacion


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En la Tabla 18.2 se indica el mime ro maxamo permitido de arranquespor hora para los motores electricos que accionan bombas en equipos neumaticos.Hay que tener en cuenta que el mime ro de arranques de la bomba es

maximo cuando el regimen del consumo es igual a la mitad de la capacidad de labomba.Los niveles recomendados para el mejor aprovechamiento de los tanques

neumaticos se muestran esquematicamente en la Figura 18.2.El volumen total del tanque (Vt) debe ser aproximadamente un 25%mayor que el volumen efectivo (Va).EI nivel inferior del agua dentro del tanque debe producir la minima

presi6n del sistema ca1culada para abastecer a1 serVlClO. A este nivelcorresponde la presion (Pa) para regular el arranque de la bomba, de modoque al llenarse nuevamente el tanque con agua, esta comprima el aire hasta quese alcance la presi6n de parada (pp) que corresponde a la maxima presi6n delsistema.

La capacidad de almacenamiento (A) del tanque es la diferencia de losvol6menes existentes entre el nive! alto, obtenido cuando el agua alcanza18presion de parada (Pp) y el nive! bajo producido al consumirse el agua hastaalcanzar la presion de arranque (Pa).

Cuando el tanque es puesto en operaci6n por primera vez, la presi6nde arranque (Pa) no se puede lograr al nivel optimo que proporciona la maxi-ma capacidad de almacenamiento, puesto que a ese nivel no existe atin sufi-ciente presion de aire, a menos que previamente se haya cargado el tanque COnaire a presion, por medio de un compresor u otro dispositivo externo apropiado.


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PRESURIZACIONES OPTIMAS CON CARGA.OORES. NIVELES OnlMOS CON COMPRESOR.

PRE SlONE S DE PRESIONES PREV IASOPERACION. RECOtoE NQADU.

Pa - p ,-1. 5 - 3 1 .5 Kg/cm~20 - 40 20 Lb/Plg~2 - 3. S 2 Kg/cm.230 - SO 30 Lb/plg.23 - 4 3 Kg/cm~40 - 60 40 Lb/plg.2

VOLUMEN IRE CON

VOLUME" A

P . { ~ 2 5 I.Vt }a S Z INOTA: lOS CARGAOORES NO DEBEN FUNCIONAR

A MAS DE 5 Kg/cm~ 170 LbJplg~ L

Figura 18.2Nive1es recomendados para e1 mejor aprovechamiento de tanques neumaticos

V p

A

V aV t


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TABLA 18.3RELACION A/Vt PARA TANQUES NEUMATICOS EN FUNCION DE LASPRESIONES DE ARRANQUE Y PARADA

PRESIONES DE ARRANOUE (Pa)

Kg/emL 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5Lb sZPu l.g-: 14 21 28 36 43 5) 57 64PRESIONES DEPARADA (p ) R E LAC ION A/VtKg/cm2 Lbs/Pulg2

2 28 0.27 0.133 43 0.40 0.30 0.20 0.104 57 0.40 0.32 0.24 0.16 0.085 71 0.40 0.33 0.26 0.20 0.136 85 0.40 0.34 0.29 0.23 0.177 100 0.40 0.35 0.30 0.25

Esta operacion, que llamaremos presurizaci6n adieional 0 previa, pue-de lograrse tambien mediante el empleo de un cargador de mayor capacidad ~ns-talado en el tanque a la altura del nivel optimo de parada, de modo que des-pues de repetidos arranques, se 10gra aportar el volumen de aire extra necesa-r~o para obtener la presurizaci6n adicional.

Cuando la presurizaci6n adiciona I es insuficiente 0 no existe po rhaherse llenado el tanque inicia1mente solo con aire a la presi6n atmosferica,el nivel de parada se desp1aza hacia arriba, requiriendose entonces un mayorvolumen remanente de agua, para lograr las presiones de arranque y parada.

Como se ve, todD tanque neumatico que funciona con presurizaci6n pre-via, disminuye el volumen remanente mientras aumenta el volumen de aire y 10que es mas interesante, la capacidad de almacenamiento se aumenta enormemente,pudiendo ser dup1icada con facilidad.

La relacion entre 1a capacidad de almacenamiento (A) y el volumen to-tal del tanque (Vt) depende ~p los valores limites escogidos para la presionde arranque (Pa) y la presi6n de parada (Pp). Esta relaci6n varia deacuerdo a las cifras mostradas en la Tabla 18.3.

El funcionamiento 6ptimo de un tanque neumatico se puede lograrhaciendo que la eapacidad de almaeenamiento (A) guarde la siguiente relaci6ncon el volumen total del tanque Vt Y las presiones requeridas en el sistema;

A 0.8 Vt (Pp - Pa)(Pp + 1)(18-1)


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Durante cada intervalo de bombeo y conforme el tanque neumatico se vallenando, 1a presion interna varia gradualmente, pasando des de (Pa) hasta(Pp). Luego solo con el empleo de bombas reciprocantes pod ra mantenerseconstante el regimen de bombeo que corresponde al caudal horario (Q) suminis-trado por la 0las bombas que alimentan el tanque.

En los sistemas neumaticos actuales no se usan bombas reciprocantes;estas han sido eficientemente reemplazadas por bombas centrifugas.

Siendo caracteristica de estas bombas ir disminuyendo gradualmente sucaudal de regimen desde (Qa) que corresponde a La presion de a rranque (Pa)hasta (Op) que corresponde a 1a presion de parada (Pp)' para Jos calculosdebe tomarse en cuenta la cifra promedio, esto es:Qa + QpQ = 08-2)

2

En la Figura 18.3 aparece el grafico para 1a se1ecci6n de tanquesneumat ic o s en func idn del ruimer o maximo permitido de arranques por hora (N),de las presiones limites utilizadas en el sistema y de la relacion de tiempo:08-3)

que aparece en unidades tanto del sistema metrico como ing1es.

18.2 SOLUCION DE UN PROBLEMA TIPICOConsiderando todos los puntos expuestos, veamos con un ejemplo prac-tico los diferentes pasos a seguir para disenar una instalacion hidroneumatica.

Problema:Disenar el equipo hidroneumatico necesario para satisfacer lassiguientes condiciones de servicio:Maxim a de mandaPresion de arranquePresion de parada

20 m3/h3 Kg/cm24 Kg/cm2

Solucion:

18.2.1 SELECCION DE LA BOMBA CUYA CAPACIDAD PROMEDIO SATISFACE LA MAXIMADEMANDABuscando entre las Curvas 0tablas suministradas por los fabricantes

de bombas centrifugas escogemos una con las siguientes caracteristicas:


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Presiones Rendimientos Potencia necesarlaa Pa 3 Kg/cm2a Pp = 4 Kg/cm2

23.8 3.9 HP16.4 3.6 HP

Esta bombs centrifuga sera capaz de suministrar 1a max rma demandapromedio de 20 m3/h, ya que aplicando 1a formula (18-2) se tiene:

Q 23.8 + 16.42

18.2.2 SELECCION DEL NUMERO MAXIMO PERMITIDO DE ARRANQUES POR HORAComo 1a potenc ia necesaria para acc iona r 1a bomb a escogida osci la

entre 3.6 a 3.9 HP, el tamano de la instalaci6n queda comprendido entre las demediana capacidad y de acuerdo con el cuad r o de 1a Tabla 18.2 se puede tomarN = B para el numero maximo permitido de arranques por hora.

lB.2.3 CALCULO DEL VOLUMEN TOTAL DEL TANQUE PARA N=8 ARRANQUES POR HORAUtilizamos el grafico de la Figura 18.3 entrando en este caso par e1

lado superior iz1uierdo, con P a = 3 Kg/cm2 Ba jamo s hasta c r uz a r I a curvade Pp = 4 Kg/cm. En el punto de cruce dob lamo s para seguir horizontal-mente hasta encontrar la curva de N= 8 arranques maximos permitidos por hora yde all! subimos verticalmente para obtener Q/Vt = 5, en la parte aupe r i. ordel lado derecho del cuadra.Luego Vt = Q/t, pero como Q = 20 m3/h:

V = 20 4 m 3=t 5como 1 m3 = 264 ga10nes americanos

4 m3 264 x 4 = 1,056 Gal (EUA).

18.2.4 SELECCION DE LAS DIMENSIONES DEL TANQUE Y CARACTERISTICAS DEL COMPRE-SO R A DE Cl TA DOUtilizamos La Tabla 1R.1. Se entra por la primera columna de l.a lZ-

quierda, buscando las dimensiones de un tanque cuyo volumen Vt sea ]0 mascercano a 1,056 Gal.Se encuentra que el mas parecido tiene 1,050 Gal. con 42 pu1gadas dediametro por 14 pies de largo.Este tanque requiere un compresor capaz de producir 3 ples cubicos de

aire por minuto a 100 Lbs/pu1g2 y debe ser accionado por un motor e l.ectr i.code 3/4 de HP.


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Presidn de arranque Pa (KglcrnJ)o I 2 3 4 5 6 7 8' 9 10 5 Gasto Q(m3/h)/vol. total tonqw Vt(ml)

10 15 20 25 30 35 40,\ 1 \ r . \ ~\~\ \ ' , I~/ II V V V V '/ V v '/ V VI I V V V V ~J J j J lL V ,/ V V V / ,/'\ ! \ \~\~\~\ \\ II I I , I I / '/ ~ 20" . . . . 1/ 1/1-' v- V ~3 ~4 ,5 ,6 1/ , 8 , ~ 10 )2 v l4 1 6 V8 ~~ y,/11' "/ 24 26 , / l . . . - - ' v\ \ \ \ ~\ , \~\x I I / If/; V v V ' V V V VV v - / /,/ -/ 1,;' 28 ' //1 / V V V ,/ ./ ~v V l,;'1,;301 j J / / / V .....\ ~,~\\ ~\l\~\ V II V V V V V V V v V V V V VV v~vV' VV~o..1 I 1 / VI I I / / / vV' vV'" vV"'VI--'VV vV' td '\ f \ ~ \ \ 1 \ '~\I\~i\ I I 1 / V i i ~ l/ 1/ V V V l/ V V v v v ~\\..V V V 1 / V 1/ V VvVVVl,.--'V ~.(1 2 J , / 1/ / V 1,./1/V V i . . . . . . V (t'O'.....\ ~~\' ~ \ )~\ ~\ II V ~~ ~ V 17 V v l/ V" V VVVVvV \lesV VV v - ./ VVj II V t>V Vl,.--'V~~o.(\~. . . . 1/ 1 ./ / V' ~-:.~

I f' ,~\ i f ~ ~ ~~ v VV l/V~ ~ r ; : : , . . . - vv v\ V r : : : vl/ \ \ ~ 6 7 ~ r ; , V VVl/V V t> t : : :v/ 1 2 \ \ 5 \ 1 \ ' \ \ \ 0 ~ ~ V V ~ V .~ ~ ~ ~ r ; : v( \ . \ ~ ~ ~ ~ ~ ~ : ; . . -/. .! I I J ! ! "I _ I - - . ~Presidn de pamela P, (Kg/em2) a 1 00 20 0 300 4 00 500 600 7 00 800 900 lOO l 1100 1 200 1 300 1400Gasto a , pies1/h J/vol. total tonque Vt (pies J)

Figura 18.3Grafico para la seleccion de.tanques neumaticos en funcion delnumero maximo permitido de arranques por hora (N)


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18.2.5 CALCULO DE LA CAPACIDAD DE ALMACENAMIENTO (A) PRODUCIDO ENTRE CADAARRANQUE Y PARADA DE LA BOMBAUti1izamos 1a formula (18-1). recordando que es metrica:A = 0.8 Vs (po - Pa)'Pp + 1

Lo que equivale a: 0.64 x 264 = 169 Gal. (EUA).

0.8 x 4 (4-3) 3.24 + 1 = 5 30.64 m

NOTA: La formula anterior puede reemp1azarse par los datos A/Vtdados en la Tabla 18.3. En este caso para Pa = 3 Kg/cm2 y Pp =4 Kg/cm2; A/Vt = 0.16, de donde A = 0.16' Vt = 0.16 x 4 = 0.64m3

18.2.6 VOLUMEN OCUPADO POR EL AIRE AL ARRANQUE Y PARADA DE LA BOMBATeniendo en cuenta que durante el funcionamiento de todo tanque neu-

matico para e1 suministro de agua a presion, los cambios en e1 vo1umen y lapresion de 1a camara de aire se realizan a temperatura constante, podemosaplicar 1a ley de Boyle0de las "Isotermas'.

Que en nuestro caso se simplifiea aS1:

o sea que:~- 2P - Va

donde: Pa Presion de 3 Kg/em2arranquePp Presion de parada = 4 Kg/cm2Vp = Volumen de parada = (x) m3Va = Volumen de arranque = (0.64 + x ) m3

reemplazando valores:34 (0.64 + x)4x 1.92 + 3xx = 1.92 luego Vp = 1.92 m3

y Va = 0.64 + 1.92 = 2.56 m3


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18.2.7 NIVELES DE OPERACION ALCANZADOS FOR EL AGUA EN EL TANQUE SELECCIONADOEl tanque seleccionado tiene las siguientes dimensiones:Largo (0 alto) ht = 14 pies 4.26 m

S ec ci on t ra ns ve rs al~ = 42 pulg adas = 1.065 mS = 9.62 Pies2 0.893 m2

Diametro

como el tanque se va a instalar en posici6n vertical, su secci6n transversal Sse mantiene constante a cualquier nivel que tome el agua.Llamando:

hA Altura aprovechable

Va con: Va 2.56 m3-'SA con: A 0.64 m3-,s.(ha - hA)(H - ha)

ha = Altura de arranque

hp Altura de paradahR Altura remanente

se tiene:2.56.893 2.86 m

hA = 0.64 0.716 m.893ho 2.86 0.716 = 2.144 mhR 4.26 2.86 = 1.40 m ,

cornprobaci6n:ht hp + hA + hRht 0.716 + 2.144 + 1.40 = 4.26 m.

18.2.8 POSICION DE LOS ELECTRODOSLos electrodos montados en un portaelectrodos apropiado, que segun eltrumano 0 modelo, se enrosca 0 emperna hermeticamente en ]a parte alta del tan-que, tend rfin las longitudes que resultan de las proporciones (ha) y (hp)a nt er io rm en te c al cu la da s.Vale dec ir que 10. extremos de las varillas 0 108 co ntacto s ac tivos

de los cables de conexi6n, deberan quedar colgados de la tapa del tanque, conlos siguie ntes lar gos ef ectivo s:


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:z :~ 5~----------~'~-----;!

(b )

TZ4----------~r_--_r104

to

' " . . . . .~-s: : : ; ,~-e.j:'-\.0\.0,I

RELAClONES ENTRE VOLUM EN. PRESION Y ALTURA PARA TANQUES NEUM AnCOS VERTICALESU HOmZQNTALES QUE HAN ESTADO LUNOS DE A IRE A LA PRESION ATMOSFEmCA AL Nt VEL DEL MAR. ANTES DE INGRESAR EL UQU tDO ALMACENAOO

F ig ur a 1 8. 4R el ac io ne s e qt re v ol um en , p re si on y a lt ur a p ar a t an qu es n eu ma ti co s ve rt ic al esu horizontales que han estado llenos de aire a la presion atmosfe.rica a.Lniveldel mar, antes de ingresar el liquido almacenado


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ha = 2.86 metros para el electrodo de arranque yhp 2.144 metros para el electrodo de parada.Cuando para conseguir La operaci6n simultanea de dos bombas el s i.s+

tema de control requiera el uso de tres electrodos, el tercer electrodo sedebe instalar unos 5 em mas abajo que el electrodo de arranque.

Para este ejemplo, 1a Long itud de la varil1a 0 cable de colgado deltercer electrodo sera: 2.86 + .05 = 2.91 metros.

18.2.9 ESPESOR DE LAS PAREDES DEL TANQUEEn todo tanque metalico cilindrico bajo presi6n interna los esfuerzos

Long itudi.nales son la rui tad de los circunferenciales, luego el espesor de laplancha debe ser calculado para satisfacer este 61 timo esfuerzo, que es elmayor.

Entre las va rias formulas desarrol1adas para estos c~lculos, una delas mas utilizadas es la hasada en la teoria de la membrana modificada.

Si se emplean las unidades inglesas, esta formula es:

t pD- - - - - - ~ - - - - - - - + c2 f E - 1.2 Pdonde:

t Espesor minimo de la plancha, en pulgadas (sin considerar dema-sias para la corrosion).

p Presion unitaria de disefto 0maxima presion de trabajo permisi-hIe, en lbs/pulg2 (p = Pp + 10 a 20).

E Eficiencia de 1a union (entre 50 y 80% depende del tipo y pene-tracion de la soldadura).

f Maxima tension de trabajo para el material de las p1anchas, en1bs/pulg2 (Para acero a1 carbono y temperaturas entre 20a + 600F, varia entre 9,000 a 15.000 1bs/pulg2; en todocaso, consultar las tab1as para cada material y temperatura).

d = Diametro interior del tanque, en pulgadas.c Demasia para compensar 1a corrosi6n, en pulgadas. (Para fierro

negro':: suele tomarse de 1/641t a 8/64". Con acero inoxidab1e 0fierro ga1vanizado c = 0, solo que para este ultimo tampoco sedebe considerar el espesor del bano de zinc).


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- 501 -

Antes de aplicar la formula anterior al problema tipico que se estjiresolviendo, se dehe tener en cuenta las normas de seguridad que ex]gen laintalacion de valvulas de alivio en todo recipiente a presion.En este caso, instalando una valvula de alivio0seguridad que abra aunas 13 Ibs/pulg2 sobre Pp~ el valor para la maxima presi6n de trabajopermisible, sera:

p = Pp = 4 Kg/cm2 = 57 + 13 70 Lbs/pu1g21uego:

t 70 x 42 + 3/64"*(2 x 10.500 x 0.70) - (1.2 x 70)

t = 2.940 + 0.04687514.632 - 842.940 + 0.046875l4.S4R

t = 0.20208 + 0.046875 = 0.248964:::::/4"t 1/4" espesor.

* Consultar la tabla siguiente para convertir fracci6n de pulgadas a deci-males 0a mi1imetros


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TABLA 18.4ESPESOk DE PLARCRA S

TABUS DE OOIn 'E RS IO III P AllA P ASAR DE FRACCION DE PULGADAS ADECIMALES DE P UL GA DA S Y M IL IM ET RO S

Fraeei6n Dee~l Praeei6n Deei.a1d~ d~ Mil_tro. d~ de Mili.etro.

PuIS'" Pullada PulSd. Pu1Sd.1/64 .015625 0.39618 33/64 .515625 13.04J6901/64 .03125 0.79375 17/32 .53125 13.493783/64 .046875 1.19063 35/64 .546875 13.890651/16 .0625 1.58750 9/16 .5625 14.237535/64 .078125 1.98438 37/64 .5 78 125 14 .68 44 03/32 .09375 2.38125 19/32 .59375 15.081287/64 .109375 2.77813 39/64 .609375 15.478161/8 tl III. oi l ................................ .125 3.17501 5/8 t t l 1 l i . . . . .. . . .. . . . t . .625 15.875039/64 .140625 3.57188 41/64 .640625 16.271915/32 .15625 3.96876 21/32 .65625 16.6687811/64 .171875 4.36563 43/64 .671875 17 .065663/16 .,.l875 4.7 6251 11/16 .6875 17.46253

13/64 .203125 5.15939 45/64 .703125 17.859417/32 .21875 5.55626 23/32 .71875 18.2562915/64 .234375 5.95314 47/64 .734375 18.653161/4 . I . t . .25 6.35001 3/4 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .75 19.0500417/64 .265625 6.7 4689 49/64 .765625 19.446919/32 .28125 7.14376 25/32 .78125 19.8437919/64 .29687 5 7.54064 51/64 .796875 20.240665/16 .3125 7.93752 13/16 .8125 20.6375421/64 .328125 8.33439 53/64 .8 28 12 5 21 .0 34 4211/32 .34375 8.73127 27/32 .84375 21.4312923/64 .359375 9.12814 55/64 .859375 21.828173/ 8 . t . .375 9.52502 7/8 . . . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. .875 22.2250425/64 .390625 9.92189 57/64 .890625 22.6219213/32 .40625 10.31877 29/32 .90625 23.0188027/64 .421875 10.71565 59/64 .9 21 87 5 23 .41 56 77/16 .4375 11.11252 15/16 .9375 23.8125529/64 .453125 11.50940 61/64 .953125 24.2094215/32 .46875 11.90627 31/32 .96875 24.6063031/64 .484375 12.30315 63/64 .984375 25.00317

1/ 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , .5 12. 70002 1 ............................... t l ...................... 1.0 25.40005


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TAB LA 18 .5E QU I VA L EN CI A S U S UA LE S

P RE SI ON ES Y C OL UM NA S1 A tmosfera 760 trill deHg

29.921 Pu1g de Hg1 .0 33 2 K g/ cm21 4 .6 96 L bs / Pu lg210.333 m de agua33.931 pies de agua407.17 Pulg de agua a60"F

10 m ~ 32.84 pie~ (de agua)3 2.84 ,Pies de agua384.08 Pulg de agua (a 60"F)735.559 mm de Hg28.959 Pu1g de Hg1 4 .2 22 8 2 L bs / Pu lg2

1 Pie de agua .304 m de agua. 03 04 5 K g/ cm2. 4 33 10 3 L bs /P u 1g2. 0 29 4 71 A tm os f er a s22.3980 mm de Hg (a 32F).8818 Puig de Hg (a 32F)

1Lb/Pulg2 . 07 03 09 5 K g/ cm2. 06 80 4 6 A t mo s fe ra s51.7148 mm de Hg (a 32 DF)2.03601 Pu1g de Hg (a 32 DF)2.312 pie de agua27.72 Pulg de ague

1mIll de Hg .0013158 Atmosferas. 00 13 59 5 K g/ cm2. 0 19 33 6 8 L bs / Pu lg2.535764 Pu1g de agua (a 60"F).03937 Pu1g de Hg (a 32"F).044647 Pies de agua (a 60F)

1 Pu1g de Hg . 0 33 42 1 A tm o sf e ra s. 03 45 3 K g/ cm213.608 Pulg de ague (a 60 F).3456 m de agua1.132 Pies de agua25.40005 mm de Hg (a 32"F)

1 Pu1g de agua .07355 Pulg de Hg2 5. 4 Kg /c m2. 0 36 1 3 L bs / Pu l g2

LONGITUDES Y AREAS1 m 3 .2 80 8 p ie s 1 m2 . 00 02 47 1 A cr es1 pie .3048 m Acre 4,047 m21 mm .03937 Pu1gada 1 Acre 43,5 60 pie s21 Pulg 25.40 mm 1 Pi e2 2.296 x 10-6 Acres1 km .62137 milLa 1 Acre . 40 47 H ec U ir ea s1 mi lla 1 . 60 9 ,3 m ~5 .2 8 0 pies 1 Hectarea 2 .4 71 A cr es1 m2 1 0.7 6 Pies2 1 Km 2 2 47 .1 A cr es1 Pi e2 . 0929 m2 1 Area 100 m2cm 2 . 15 5 P Ul ~2 1 m2 1 c en ti ar ea1 Pu1g2 6.45 16 em

VOLUMENES Y CAUDALES1 Litro .2641779 Ga10nes (USA). 21 99 75 6 " (I mp er ia le s)6 1. 02 50 9 P ul ga da s c ub ic as. 03 53 15 4 P ie s c ubi co s2.202 libras agua (a 60"F)

1 Galan (USA) 3.78533 Litros.833 G a1 0 ne s ( I mp er i al e s). 13 36 8 P ie s c ubi co s3 31 .0 P ul ga da s c ubi ca s8.337 Libras de agua~2 64 .1 70 G al on es ( US A)2 19 .9 69 G al on es ( Im pe ri al es )

3 5. 31 44 6 P ie s c ubi co s6 1, 02 3. 38 P u1 ga da s c ub ic as2,202.0 Libras de agua

1 Pie3 2 8. 31 70 2 L it ro s7 .48052 Ga10 nes ( USA)6 .2 28 88 G a1 0n es ( Im pe ri al es )1 ,7 28 P u1 g3 62.365 Libras de agua

1 L/s1 G al /m in1 m3/hora1 pie3/s1 pie3/min1 Barril/minBarril/min

1 5. 89 G al /m in. 06 31 l Is . m .227 m3/hora. 00 98 1 p ie s3/s101.9 m3/hora.472 lIs = . 12 47 G al /s42 Gal/min (aceite USA)2.65 l/s

NOTA: Se utiliza el punta para separar los decimales y la coma para los miles.


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18.3 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

(1) P RO CE SS E QUI PM EN T D ES IG N ( VES SE L D ES IG N)Autores: Lloyd E. BrownellEdwin H. YoungJ ohn Wil ey & SOflS. Inc.(2) MANUAL FOR THE DESIGN OF FERROUS AND N ON FE RR OU S P RE SS URE VE SS EL S ANDTANKSAutores: K.O.G. SienonEdward Brothers Inc.(3) FORMULAS FOR STRESS AND STRAINAutores: R.J. RoarkMcGraw Hill, N.Y.(4) THEORY OF PLATES AND SHELLSAutores: S. TimoshenkoMcGraw Hill, N.Y.(5) CALCULATION SHEETS FOR VESSEL DESIGNAutores: J.G. NelsonP et ro le um R ef in er

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