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El presente trabajo tiene el propósito de brindarnos a los estudiantes de la escuela profesional de ingeniería mecánica los conocimientos científicos tecnológicos de un sistema hidroneumático y sistema presurizado....

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DISEÑO DE UN SISTEMA HIDRONEUMATICO

Universidad Nacional de san Antonio abad del cusco Facultad de Ingeniería Mecánica, Eléctrica, Electrónica e Informática Escuela profesional de ingeniería mecánica

Asignatura: turbo máquinas 2

DISEÑO DE UN SISTEMA HIDRONEUMATICO

PRESENTADO POR: ZARATE CURI, Abrahán…………………………………………………….114062 ING. SAMANIEGO PEREZ, José Carlos

CUSCO – PERÚ

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INTRODUCCION El presente trabajo tiene el propósito de brindarnos a los estudiantes de la escuela profesional de ingeniería mecánica los conocimientos científicos tecnológicos de un sistema hidroneumático y sistema presurizado. Actualmente en la mayoría de las edificaciones existe un sistema de tanque bajoelevado, tiene una (capacidad igual 2/3 de la dotación máxima de la edificación) que puede ser subterráneo o superficial, donde el agua es suministrado por SEDACUSCO S.A. Y tarda llenar al tanque en 4 horas, luego con la ayuda de un sistema de bombeo el agua es elevado a un tanque con una capacidad de 1/3 de la dotación de edificación y tarda en llenar 2 horas. Este sistema produce cargas dinámicas que puedan dañar la edificación y pierde presión en su elevación, para solucionar este problema entre los diferentes equipos de abastecimiento y distribución de agua de edificaciones son las bombas hidroneumáticas que han demostrado ser una opción eficiente y versátil, con grandes ventajas frente a otras, este sistema evita construir cisternas elevados, colocando un tanque parcialmente lleno con aire a presión. Lo cual produce que la red hidráulica mantenga una presión excelente. Un deficiente cálculo conlleva a una mala selección de equipo que a su vez desperdicia la energía tanto hidráulica como eléctrica, siendo necesario contar con un equipo adecuado, y para lograr que la utilización de estos recursos sea eficiente. Aparte de lo mencionado trataremos de la selección de bombas en este caso bombas centrifugas, el consumo de agua que realiza la zona que ha de estudiarse en la cual edificaremos el edificio y las fuentes que la abastecen de agua. También abarcaremos un marco teórico en la cual conceptualizaremos lo más importante del abastecimiento de agua potable. Espero que el desarrollo de este trabajo sea de aporte para el continuo mejoramiento en el desarrollo del sistema hidroneumático y presurizado que son aplicadas en distintos campos como: residenciales, hospitales, hoteles, viviendas, Industrias etc.

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INDICE cap. I: memoria descriptiva 1.1

Objetivos

1.1.1 Objetivo general 1.1.2 Objetivo especifico 1.2

Alcances

1.3

Normas y estándares aplicables

1.4

Propietario

1.5

Beneficiarios

1.6

Ubicación    

DIRECCION: DISTRITO: PROVINCIA: DEPARTAMENTO: CAP II: MARCO TEORICO

2.1

REGION CUSCO

2.1.1 Ubicación Política 2.1.2

Ubicación Hidrográfica

2.1.3 Población Actual 2.1.4 Proyección de la población al año 2025 2.1.5 Demanda de consumo humano de A.P 2.1.6 El consumo de agua per cápita de la población rural y urbana 2.1.7 Parámetros de consumo de agua en la zona rural 2.2

SEDACUSCO

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2.2.1 Antecedentes 2.2.2 Servicio de A.P a la ciudad de cusco 2.3

SISTEMAS HIDRONEUMATICOS 2.3.1 Tipos 2.3.2 Características 2.3.3 Partes 2.3.4 Funcionamiento 2.3.5 Vida útil del sistema 2.3.6 Ventajas y desventajas CAP III: MEMORIA DE CÁLCULO

3.1 Diseño y selección de un sistema hidroneumático para abastecer de ap. a un edificio de cinco niveles.

CAP I: MEMORIA DESCRIPTIVA 1.1 Objetivos 1.1.1 objetivo principal El presente trabajo tiene por objeto describir el diseño de un sistema hidroneumático en una edificación de cinco niveles. 1.1.2 objetivo especifico Describir los elementos principales de un sistema hidroneumático residencial.  Optimizar el servicio mediante un sistema hidroneumático en una edificación.  Eliminar las cargas dinámicas y suministrar el agua potable a presión constante. 1.2 Alcances El Sistema de Agua diseñado comprende: 



Calculo de dotación de agua de acuerdo a la capacidad de la Cisterna existente.

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Electrobomba, tanque hidroneumático y tuberías y accesorios dentro del edificio.  Montantes del sistema.  Ubicación de tuberías y Tendido de Red agua propuesto.  Válvulas, accesorios y soportes del sistema. 1.3 Normas y estándares aplicables Las siguientes normas y estándares fueron considerados durante el diseño del sistema:  Reglamento Nacional de Edificaciones – Norma A.130 Requisitos de Seguridad. 1.4 propietaria Sra. Flora Zarate Baca 1.5 Beneficiarios 

40 personas 1.6 UBICACIÓN    

DIRECCIÓN: AV. ANTISUYO ASOC. PRO VIV. LOS INCAS MZ. H1 LT.9 DISTRITO: CUSCO PROVINCIA: CUSCO DEPARTAMENTO: CUSCO

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CAP II: MARCO TEORICO

2.1 REGION CUSCO 2.1.1

Ubicación Política

La región del Cusco se encuentra ubicada en la zona sur ‐oriental del país, en las coordenadas 11°11’02" y 15°29’31 de latitud sur; 70°22’58" y 73°58’58" de longitud oeste, colinda con 7 departamentos:  Por el Norte: Junín y Ucayali,  Por el Este: Madre Dios y Puno,  Por el Sur: Arequipa y  Por el Oeste: Apurímac y Ayacucho 2.1.2 Ubicación Hidrográfica De acuerdo a la Nueva Clasificación de Cuencas, dentro de la Región Cusco se enmarcan las siguientes unidades hidrográficas o cuencas: Cuenca de Urubamba, Inter cuenca Alto Apurímac, Inter cuenca Bajo Apurímac, Inter cuenca Alto Madre de Dios, Cuenca de Iñambari y Cuenca de Camaná. 2.1.3 Población Actual La población de la región (división política), se halla repartida en 13 provincias, 108 distritos, 887 comunidades campesinas, 5,278 centros poblados y 62

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comunidades nativas. De acuerdo al censo de población y vivienda del 2007, la población asciende a 1’171,403, el 55.04% (644,684) corresponde a la población urbana y el 44.96% (526,719) es rural; donde la provincia del Cusco alberga al 54.5% de la población urbana de la región (644,684), la que determina que a nivel regional la población sea mayoritariamente urbana. 2.1.4 Proyección de la Población al año 2030 Entre los censos de 1940 y el 2007 la Región Cusco nos muestra una población creciente en promedio general. Sin embargo hay periodos, así como algunas provincias que muestran tasas negativas, como son los casos de Acomayo y Paruro, que decrecen entre los últimos periodos censales (1982, 1993 y 2007). Según datos del censo de población y vivienda del 2007 se hizo las proyecciones, la población para el año 2030 ascenderá a 1’440,100, siendo el 55.05% (792,843) población urbana y el 44.95% (647,257) población rural; la provincia del Cusco albergará al 54.57% de la población urbana de la región (432,282), la que sigue determinando que a nivel regional la población sea mayoritariamente urbana. 2.1.5 Demanda de Consumo Humano A. Caracterización de la Demanda Dentro del ámbito de la región, el uso de agua para fines domésticos o poblacionales tanto urbanos como rurales proviene principalmente de fuentes superficiales, manantiales y en pequeña proporción de almacenamiento en lagunas. La demanda está determinada por la cantidad de habitantes y según sus necesidades reales de consumo que varía de acuerdo a las características climáticas de la zona, hábitos de consumos, costumbres y otros. B. Volumen y su distribución en el tiempo En nuestro país, el consumo promedio de agua potable a nivel nacional se sitúa en 291 litros/persona/día (incluye consumo, otros usos y perdidas). Esta cifra es superior al de otros países de la región (ANA, 2009). Sin embargo, a nivel rural el consumo es mucho menor. Por ejemplo, en la Microcuenca Huacrahuacho de la provincia de Canas – Región Cusco el consumo aproximado de agua por persona/día es de 72 litros (PACC, 2009).

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2.1.6 El Consumo De Agua Percápita De La Población Rural y Urbana En la actualidad la dotación de agua en la ciudad del Cusco no es equitativa pese a la información proporcionada por la EPS. SEDA Cusco que afirma que la dotación es de 160 litros por habitante al día, solo poco más de 80% llega a la población ósea tiene una dotación de 129 litros por habitante al día. Según la EPS. SEDACUSCO atiende a la población urbana de la ciudad del Cusco y a la localidad de Paucartambo. La dotación promedio de agua para la ciudad del Cusco es de 160 litros por habitante al día y respecto a la localidad de Paucartambo la dotación de agua es de 90 litros por habitante al día. 2.1.7 Parámetros De Consumo De Agua En La Zona Rural Los datos consignados del consumo de agua, para cada provincia fueron recabados del banco de proyectos de inversión pública de la OPI regional Cusco de los perfiles de proyecto de saneamiento público que serán ejecutados en los próximos dos años.

2.2 SEDACUSCO La Entidad Municipal Prestadora de Servicios de Saneamiento Seda Cusco Sociedad Anónima – EPS SEDACUCO S.A. es un empresa pública de derecho privado, cuya actividad se rige por la Ley General de Sociedades N° 26887, Ley General de Servicios de Saneamiento N° 26338 y el Texto Único Ordenado de su Reglamento aprobado por Decreto Supremo N° 023-2005-VIVIENDA y Ley N° 28870 “Ley para optimizar la Gestión de las Entidades Prestadoras de Servicios de Saneamiento; se encuentra bajo supervisión de la Superintendencia Nacional de Saneamiento SUNASS, dentro del marco dispuesto por la Ley N° 24948 “Ley de la Actividad Empresarial del Estado” y la Ley N° 28411, “Ley General del Sistema de Nacional de saneamiento” 1.2.1. Antecedentes SEDACUSCO S.A., fue creada por Decreto Legislativo Nº 574, D. Leg. 601 y su Reglamento D. S. Nº 134-90/PMC referido a la transferencia del SENAPA del Ministerio de Vivienda y Construcción de la Empresa Filial SEDACUSCO a la Municipalidad Provincial del Cusco. En la actualidad la EPS SEDACUSCO S. A.,

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está constituida como sociedad anónima por acciones de propiedad de las Municipalidades Provinciales del Cusco, Paucartambo y los Distritales de: Santiago, Wanchaq, San Sebastián y San Jerónimo (Cusco). 1.2.2. Servicio De Agua Potable A La Ciudad De Cusco

CALIDAD EXIGIDA AL RECURSO HÍDRICO

El agua potable suministrada cumple con los estándares de calidad establecidos por la Organización Mundial de la Salud. Ver Anexos. En cumplimiento a las normas de calidad de agua para consumo humano, SEDA CUSCO se encuentra totalmente comprometida en garantizar que el agua distribuida cumpla con los parámetros establecidos, para el bienestar de la población local, nacional, turistas que visitan la ciudad del Cusco. De acuerdo a la información obtenida en SEDACUSCO el indicador de calidad microbiológica ‐ Coliformes totales en el año 2009 mantiene un comportamiento del 100% de las muestras que cumplen con este parámetro. El indicador de nivel de turbiedad se mantiene al 100% de las muestras que cumplen con los parámetros establecidos por normas de calidad establecidos por la SUNASS. Página 9

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DOTACIONES

Las dotaciones diarias mínimas de agua para uso doméstico, comercial, industrial, riego de jardines u otros fines, serán las que se indican a continuación:  Las dotaciones de agua para viviendas unifamiliares: Relaciona dotación doméstica y jardines con área de lote.

 Los edificios multifamiliares: Relaciona dotación de agua para consumo humano con número de dormitorios.

Promedio de consumo de agua urbano en Perú Uso de agua urbano promedio (l/h/d) 165 Producción promedio de 259 litros/habitante/día en áreas urbanas (año 2015) 2.3 SISTEMAS HIDRONEUMÁTICOS Los sistemas hidroneumáticos sirven para mantener la presión constante en las tuberías de aguas blancas dentro de una casa, oficina o planta purificadora. Estos sistemas permiten que el líquido salga a la presión y flujo adecuado, sin importar la distancia a la que se encuentren los equipos y artefactos que demandan agua. Los sistemas hidroneumáticos han demostrado ser una opción eficiente y versátil, con grandes ventajas frente a otros sistemas. Evita construir tanques elevados, colocando un sistema de tanques parcialmente llenos con aire a presión; lo cual provoca que la red hidráulica mantenga una presión, mejorando el funcionamiento de lavadoras, filtros, regaderas, llenado rápido de depósitos en inodoros, operaciones de fluxómetros y riego por aspersión, entre otros; lo cual demuestra la importancia de estos sistemas en diferentes áreas de aplicación. Asimismo evitar la acumulación de algas y suciedad en tuberías por flujo a bajas velocidades. Este

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sistema no requiere tanques ni red hidráulica de distribución en las azoteas de los edificios (evitando problemas de humedades por fugas en la red) que dan tan mal aspecto a las fachadas y además quedan espacios libres para diferentes usos.  Teoría sobre sistemas hidroneumáticos Los sistemas hidroneumáticos se basan en el principio de compresibilidad o elasticidad del aire cuando es sometido a presión, funcionando de la siguiente manera: el agua que es suministrada desde la acometida pública u otra fuente, es retenida en un tanque de almacenamiento; de donde, a través de un sistema de bombeo, será impulsada a un recipiente a presión (de dimensiones y características calculadas en función de la red), y que posee volúmenes variables de agua y aire. Cuando el agua entra al recipiente aumenta el nivel de agua, se comprime el aire y aumenta la presión, cuando se llega a un nivel de agua y presión determinados (Pmáx.), se produce la señal de parada de bomba y el tanque queda en la capacidad de abastecer la red; cuando los niveles de presión bajan, a los mínimos preestablecidos (Pmín.) se acciona el mando de encendido de la bomba nuevamente. Como se indicó, la presión varía entre Pmáx y Pmín, y las bombas prenden y apagan continuamente. El diseño del sistema debe considerar un tiempo mínimo entre el encendido de las bombas, conforme a sus especificaciones; un nivel de presión (Pmín), conforme al requerimiento de presión de instalación; y una presión (pmáx), que sea tolerable por la instalación hidráulica y proporcione una buena calidad de servicio.

2.3.1 Tipos de sistemas hidroneumáticos  PRESURIZADOR O HIDROCELL Consiste en un sistema de presurización completo, en forma de paquete, que proporciona agua a presión constante en toda la red hidráulica de la casa.

Figura 1. Presurizado con bomba Periférica (1/2 H. P. o 3/4 H. P.)

 HIDRONEUMÁTICOS SIMPLES Página 11

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Consiste en un sistema hidroneumático (agua-aire) completo, en forma de paquete, que proporciona agua a presión en toda la red hidráulica de la residencia. Requiere de suministro de electricidad y conectar la succión de la bomba a la cisterna, tinaco o depósito de agua y descarga del equipo a la tubería. Está diseñado para uso residencial y comercial. Fabricado con el criterio de alta calidad para lograr una excelente operación durante muchos años sin problemas de mantenimiento.

Figura 2. Bomba jet en acero Inoxidable Tanque horizontal (acero)

Figura 3. Bombas jet en hierro gris tanque vertical (fibra de vidrio) y Bomba multi etapas tanque vertical (acero)

 HIDRONEUMÁTICO MÚLTIPLE

Funcionan de igual manera que los sistemas hidroneumáticos simples con la diferencia que éstos utilizan dos o más bombas para generar la presión en el tanque, dado que se utilizan en estructuras más grandes que requieren de una mayor presión para alcanzar los niveles más altos, o por el uso de maquinaria industrial que requiere de mucha más presión de lo normal. Están fabricados con el criterio de alta calidad para lograr una excelente operación durante muchos años sin problemas de mantenimiento.

Figura 4. Equipo hidroneumático con dos bombas multietapas con tanque vertical en acero

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2.3.2 Características  SISTEMA PRESURIZADOR O HIDROCELL Por su diseño al tener el presurizador pegado a la descarga, el recorrido de aspiración es mínimo y es posible reducir pérdidas de carga. • Fácil de instalar, ya que se suministra completamente armado y probado, solo requiere de alimentación eléctrica, conectar la succión del equipo a la fuente de alimentación de agua y a la descarga de la red de la tubería. • Operación automática • No necesita tanque ni equipo de control como interruptor de presión y manómetro, el control de encendido y apagado se realiza debido a su tarjeta electrónica. • Bajo consumo de energía. • Rango de suministro de 1 a 3 baños completos (incluyendo cocina y una lavadora), trabajando la instalación al 100%, con tubería de 1/2" de diámetro.  SISTEMAS HIDRONEUMÁTICOS SIMPLES • Es fácil de instalar, ya que se suministran completamente armados y probados, sólo se requiere de alimentación eléctrica, y conectar la succión del equipo a la fuente de agua y a la descarga de la red de tuberías. • Bomba periférica tipo jet (hierro gris o acero inoxidable) o bomba multietapas. • Bomba en capacidades de 1/2 H. P. hasta 1.0 H. P. • Tanque en acero con membrana (modelos de 19 a 60 lts.) o diafragma en fibra de vidrio con membrana intercambiable. • Bajo consumo de energía • Rango de suministro de 1 a 5 baños completos (incluyendo cuarto de servicio y cocina), trabajando la instalación al 100%, con tubería de 1/2" de diámetro.  SISTEMAS HIDRONEUMÁTICOS MÚLTIPLES • Fácil de instalar, ya que se suministran completamente armados y probados, sólo se requiere de alimentación eléctrica, y conectar la succión del equipo a la fuente de agua y a la descarga de la red de tuberías • Banco de 2 a 4 bombas multietapas, verticales u horizontales (velocidad variable a partir de 3 bombas). • Tablero de encendido simultáneo con protecciones contra sobrecorriente, luces piloto, activación manual o automática. En caso que la demanda sea mayor al flujo de una sola bomba el sistema lo detecta y hace funcionar el número de bombas requerido para mantener una presión constante en toda la línea. • Tubo concentrador de flujo, con unión removible para fácil mantenimiento. • Tanque precargado (en acero o fibra de vidrio), adecuado a la demanda. • Base en hierro para fijar las bombas y el tablero de encendido simultáneo, esto facilita su instalación y mantenimiento.

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2.3.3 Partes que componen un sistema hidroneumático El sistema hidroneumático deber estar construido y dotado de los componentes que se indican a continuación: 1. Un tanque de presión, el cual consta, entre otros, de un orificio de entrada y otro de salida para el agua (en éste se debe mantener un sello de agua para evitar la entrada de aire en la red de distribución) y uno para la inyección de aire en caso de faltar el mismo. 2. Un número de bombas acorde con las exigencias de la red (una o dos para viviendas unifamiliares y dos o más para edificaciones mayores). 3. Interruptor eléctrico para detener el funcionamiento del sistema, en caso faltara el agua, cualquiera que fuere el suministro. 4. Llaves de purga en las tuberías de drenaje. 5. Válvula de retención en cada una de las tuberías de descarga de las bombas al tanque hidroneumático. 6. Conexiones flexibles para absorber las vibraciones. 7. Llaves de paso entre la bomba y el equipo hidroneumático; y entre éste y el sistema de distribución. 8. Manómetro. 9. Válvula de seguridad. 10. Dispositiv...