Tabla de contenidoA. Objetivo General............................................................................................................................2

B. Objetivos Específicos.....................................................................................................................2

C. Justificación (De los objetivos)......................................................................................................2

D. Metodología..................................................................................................................................2

E. Desarrollo del proyecto.................................................................................................................2

Tanque Cisterna..............................................................................................................................3

Bomba centrífuga............................................................................................................................4

Tanque Hidroneumático.................................................................................................................5

F. Conclusiones..................................................................................................................................7

G. Recomendaciones..........................................................................................................................7

H. Bibliografía.....................................................................................................................................7

I. Apéndices:.....................................................................................................................................7

I. Marco Teórico............................................................................................................................7

II. Información Adicional................................................................................................................7

Índice Figuras

Índice Tablas

A.Objetivo General

Recomendar el equipo hidráulico que debe instalarse para el suministro de agua de una línea de producción en la industria alimenticia.

B.Objetivos Específicos 1. Determinar si el volumen de agua que entrega la red municipal es suficiente para

abastecer la demanda2. Encontrar el volumen del tanque cisterna verificando si aplica para este caso lo que dice

el código de instalaciones sobre que este volumen será las 3/4 partes del consumo total diario

3. Determinar el caudal y presión de selección del sistema hidroneumático4. Determinar la bomba que se utilizará en el sistema.

C.Justificación (De los objetivos)

D.Metodología

Debido a que la finalidad del presente proyecto es recomendar el equipo hidráulico que debe instalarse para el suministro de agua de la línea de producción, se explicará por medio de cálculos la escogencia del equipo. Con el comportamiento del caudal que la red pública puede entregar, y por medio del caudal demandado y presiones necesarias para la red de tuberías, que ya se encuentra instalada, se determinará el equipo óptimo para suplir las necesidades de la empresa. Entre el equipo hidráulico a utilizar, se recomendará un tanque cisterna, una bomba centrífuga y un tanque hidroneumático, por medio de los cálculos correspondientes para cada equipo, ya que con solo la capacidad de la suministro de agua de la red pública, no es posible que la industria pueda satisfacer su demanda de agua.

E. Desarrollo del proyecto

Para el desarrollo del presente proyecto, se tiene la información ya definida sobre la red de tuberías para el suministro de agua que ya se encuentra instalada. Se tiene en función del periodo de tiempo el caudal suministrado por la red pública para el abastecimiento de la industria, como se presenta en la tabla 1; y el caudal demandado junto con su respectiva presión manométrica, igual en función del periodo de tiempo, como se presenta en la tabla 2.

Tabla 1. Comportamiento de la red pública para el suministro de agua.

Caudal suministrado Periodo de tiempo(l/s) (horas)

1 8pm - 4am

0,75 4am - 8am0,5 8am - 8pm

Tabla 2. Comportamiento en la alimentación a la red de tuberías.

Presión Manométrica Caudal demandado Periodo de tiempo

(Bar) (l/s) (Horas)1 1 8am - 9am

2,5 2 9am - 10am2 3 10am -12 md

0,5 0 12md - 1pm1,5 2,5 1pm - 3pm

Tanque Cisterna

Para la determinación del volumen del tanque cisterna primeramente se verifica si el caudal que suministra la red pública es suficiente para satisfacer la demanda de la línea de producción para la cual se recomendará el sistema hidroneumático. En la tabla 1 se encuentran los datos del caudal otorgado por la red y en la tabla 2 los datos del caudal requerido por la línea de producción, de esta información se obtienen el siguiente gráfico con el cual se observa el comportamiento del sistema.

Grafico 1: Caudal otorgado por la red y requerido por la línea de producción vs horas del día

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 240

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

Caudal otorgado por la red y requerido por la linea de produccion vs horas del día

Caudal suministrado Caudal demandado

Horas del día

Caud

al (

l/s)

En la gráfica anterior se observa que el caudal que la red suministra no puede sustentar la necesidad del agua que requiere la línea de producción sin la existencia de un tanque cisterna, ya que aunque el caudal demandado por la línea es mayor en las horas de trabajo de la línea de producción, la red contribuye con un caudal durante toda la noche, por lo que se procede a sacar la cantidad de litros diarios que suple la red al sistema y la cantidad de litros diarios que demanda la línea de producción para verificar si con la instalación de un tanque cisterna se puede recaudar el agua suficiente para suplir la demanda:

Tabla ###: Cálculo de del suministro de caudal diario

Periodo de tiempo ∆Horas Caudal suministrado Litros(horas) (horas) (l/s) (l)

8pm - 4am 8 1 288004am - 8am 4 0,75 108008am - 8pm 12 0,5 21600

Suministro diario total 61200

Por lo que el volumen suministrado por la red diariamente es:

V suministrado porla red=61200l

d í a

Tabla###: Cálculo de la demanda diaria de la línea

Periodo de tiempo ∆Horas Presión Manométrica

Caudal demandado Litros

(Horas) (horas) (Bar) (l/s) (l)8am - 9am 1 1 1 3600

9am - 10am 1 2,5 2 720010am -12 md 2 2 3 2160012md - 1pm 1 0,5 0 01pm - 3pm 2 1,5 2,5 18000

Demanda diaria total 50400

También se tiene que el volumen requerido por la línea de producción diariamente es de:

V Requierido por la linea=50 400l

d í a

De acuerdo con los datos obtenidos en las tablas anteriores y en la gráfica anteriormente mostrada se encuentra que la red de suministro de agua no es capaz

de suplir la necesidad de caudal a la línea de producción por si sola, esto únicamente va a ocurrir con la presencia de un tanque cisterna el cual solo puede estar entre un rango; este rango está dado por un mínimo de volumen el cual se calculara haciendo la diferencia entre el caudal requerido por la línea de producción a las horas de trabajo menos el caudal suministrado por la red durante el rango de horas de trabajo, esto se calcula con ayuda de la tabla ### y el máximo ya fue calculado y es de 61 200 litros.

Tabla###: Cálculo del volumen mínimo requerido del tanque cisterna

Volumen demandado en horas productivas

Volumen suministrado en horas

productivasVolumen mínimo del

tanque cisterna(l) (l) (l)

50400 12600 37800

El límite del volumen mínimo del rango para que la planta de producción pueda trabajar sin problemas, partiendo desde el hecho en que el suministro de agua no se interrumpe es de:

V Min. Tanquecisterna=37800 l

Tomar el volumen mínimo es muy riesgoso, debido a que no se tiene independencia de la red, y en caso de reparaciones o mantenimiento, cuando haya interrupciones en el flujo de agua suministrado, si el tanque no se llena por completo antes de empezar la jornada de trabajo, la línea de producción se quedara sin agua antes del final de la jornada de trabajo, por lo que hay que tomar en cuenta esta situación y hacer el tanque cisterna más grande.

El volumen mínimo que debería tener el tanque es de 50400 litros, esto debido a que en el código de instalaciones hidráulicas y sanitarias en edificaciones señala que el volumen mínimo del tanque cisterna cuando existe tanque hidroneumático es de al menos la demanda diaria del sistema. Esto significa que con un tanque de esta capacidad se tendría un día entero de independencia de la red a disposición de la línea. Aun así se recomienda que el tanque tenga una capacidad mayor a la de la demanda ya que así en caso de que no llegue el suministro a la empresa, esta cuente con una mayor independencia, por lo que se decide que el tanque tenga una capacidad de 61200 litros, esta cantidad es la que recibe diariamente de la red.

Bomba centrífuga

aqui se determina el cO

PBomba=74 psi=170,7 ftH 2O=52,04mH 2O

QBomba=3ls=47,511 gpm=10,8m3/h

Gould10 SH

∅ impulsor=738

}¿

¿

Velocidad=3500 rpm

ƞ=[33−42 ]%

Tanque Hidroneumático

Primero se determina la presión mínima requerida o demandada por la línea de producción, que en este caso es la presión más alta que necesita el sistema para trabajar en un rango de horas.

Con la tabla #1#, en la cual se muestran las presión manométricas necesarias para el sistema y su equivalente en el periodo de tiempo de trabajo, se puede determinar que la mayor presión a la que va a trabajar el sistema es aproximadamente 2.5 bar, en el periodo de tiempo de trabajo de [9 a.m. -10 a.m.].

Presión Manométrica(bar)

Caudal demandado(l/s)

Periodo de tiempo(horas)

2,5 2 9am - 10am

Por lo que la presión mínima requerida inicial es:

Pmin .req .=2,5 ¿̄

Pmin .req .≈37 psi

Sin embargo, debido a que las mediciones de caudal y presión demandas pueden variar su exactitud en ±15%, para la estimación de la Pmin. req. se supondrá que la presión varíe en un +15%, por lo que la presión mínima requerida aumentará a 42,5 psi. Además, debido a que el manómetro para la medición de presión que tendrá el tanque hidroneumático marcará solo en mutliplos de cinco, el valor de la presión se redondeará al valor mas cercano que se pueda leer en el manómetro. La nueva presión mínima requerida será la siguiente:

Pmin .req .=45 psi

Una vez determinada la presión mínima requerida por la línea, se procede a establecer la diferencia de presiones en el tanque hidroneumático, por lo que se determina la presión máxima en el tanque hidroneumático (Pmax. TH), la cual es de 1.5 a 2 veces la presión mínima requerida.

Pmax .TH=Pmin.req .(1.5−2)

Pmax .TH=45 psi x (1,66)

Pmax .TH=75 psi

Por lo anteriormente explicado, el presente tanque hidroneumático trabajará con presiones entre 45 psi y 75 psi. Se tendrá un diferencial de presión de 30 psi aproximadamente, lo cual aumenta la eficiencia del tanque hidroneumático, ya que como se establece en el folleto de suministro de agua en edificios, el diferencial de presión entre presión máxima y presión mínima de ejercicio del tanque hidroneumático es generalmente 20 psi aunque mayores diferenciales pueden contribuir a obtener mayor eficiencia. (Garro Zavaleta)

Teniendo definido el diferencial de presión del tanque, se procede a determinar la carga máxima de bombeo (CMB) para la demanda variable de caudales en la línea de producción, la cual es el máximo caudal demandado.

Con la tabla #1#, en la cual se muestran los caudales demandados por el sistema y su equivalente en el periodo de tiempo de trabajo, se puede determinar que el máximo caudal demandado que requiere el sistema es aproximadamente 3 l/s, en el periodo de tiempo de trabajo de [10 a.m. -12 m.d.].

Presión Manométrica(bar)

Caudal demandado(l/s)

Periodo de tiempo(horas)

2 3 10am - 12md

Por lo que la carga máxima de bombeo es:

CMB=3l /s

CMB=47,6 gpm

Con la carga máxima de bombeo, se determina la carga máxima horaria (CMH), la cual es necesaria para la escogencia del tanque hidroneumático más adecuado. El CMH se puede obtener multiplicando el CMB por una constante de 0,41, tal y como se muestra a continuación:

CMH=CMBx (0,41)

CMH=47,6 gpmx (0,41 )

CMH=19,5 gpm

Otro valor necesario para la selección del tanque hidroneumático más adecuado es el factor de aceptación (FA), que se puede obtener a patir de la tabla “Acceptance Factor Chart” mostrada en anexos. Para la utilización de dicha tabla, es

necesario tener la presión mínima y máxima a la cual va a trabajar el tanque hidroneumático; en este caso las presiones a utilizar son 37 psi y 74 psi. Por razones de que dichos valores no aparecen explícitamente en la tabla del factor de aceptación, se creó una pequeña tabla con los valores necesarios obtenidos a partir de una interpolación.

Po = Presión

máxima de operación

(psi)

Pf = MINIMUM OPERATING PRESSURE AT TANK (psi)

35 37 40

70 0,413 0,389 0,35474 0,439 0,417 0,38375 0,446 0,424 0,390

Con la tabla anterior, y los valores de presión máxima y mínima, se obtiene un factor de aceptación para el tanque hidroneumático de:

FA=0,333

Por ultimo con los ciclos de operación de la bomba (Co), obtenido anteriormente cuando se determinó la bomba a utilizar, se debe determinar cuánto tiempo trabaja la bomba por ciclo. Para un Co=4 /hora, cada ciclo de la bomba consta de 15 min, de los cuales 7,5 minutos permanece la bomba encendida y 7,5 minutos permanece apagada.

Una vez delimitados todos los valores necesarios para la determinación del tanque, que serán resumidos a continuación; y con la siguiente formula se puede aproximar el volumen necesario en galones del tanque:

Pmin .req .=45 psi

Pmax .TH=75 psi

CMB=47,6 gpm

CMH=19,5 gpm

FA=0,333

Co=4 /hora

V TH ≥CMH x (min ./ciclo)

FA

V TH ≥19,5 gpmx (7,5min ./ciclo)

0,417

V TH ≥439,2galones

Como se puede observar, para la presente industria de producción de alimentos, en la línea de producción analizada, se ocupa un tanque hidroneumático mayor a 439,2 galones. Por medio de la tabla “FXA Hydro-pneumatic Tank”, motrada en los anexos, se puede determinar el tanque mas adecuado que pueda suministar la volumen obtenido; a continuación se muetra la información de dicho tanque hidroneumático a utilizar, con sus respectivas caracteristicas:

Model no. FXA 1400Tank Vol. (gal.) 370Diam. (in.) 36Ht. (in.) 111Sys. conn. (in.) 3Ship wt. (lbs.) 900

F. Conclusiones.

G.Recomendaciones

H.Bibliografía

I. Apéndices:

I. Marco Teórico II. Información Adicional