Laboratorio 7 - Tanque Hidroneumatico

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE COSTA RICA VICERRECTORÍA DE DOCENCIA ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA Laboratorio de Mecánica de Fluidos

INFORME N° 7 Tanque Hidroneumático PROFESOR: Óscar Eduardo Monge Ruiz

AUTORES: Richard Rodríguez Murillo Anthony Pérez Saldaña

FECHA: 09/05/2013

I)      

Descripción del Equipo, Materiales y Accesorios utilizados Tanque Hidroneumático. Mangueras. Bomba centrifuga. Interruptor de presión. Tanque Calibrado. Compresor.

II)

Procedimiento de Operación de los Equipos y Accesorios, y Preparación de los Materiales

1. Conecte el cable que alimenta a la bomba centrifuga. 2. Conecte el cable que va del panel al interruptor de presión. 3. Con ayuda de mangueras alimente el tanque con agua procedente de la bomba centrifuga, compruebe que el tanque hidroneumático se encuentre vacío. 4. Conecte el interruptor general del panel ·2 (en la parte posterior), ponga la bomba a funcionar en manual. 5. Cuando la presión en el tanque hidroneumático sea de 1,5 bar, desconecte la bomba pulsando el botón de automático. 6. Conecte la manguera de la salida de fondo del tanque hidroneumático al tanque calibrado, abra la llave hasta que la presión baje a 1 bar, cierre la válvula. 7. mida el volumen de agua entregado por el tanque. 8. Repita el paso 6 y 7 pero para un presión de 2 bar. 9. Llene de nuevo el tanque a una presión de 2 bar con la bomba, luego conecte una alimentación de aire al tanque hidroneumático. 10. Introduzca aire al tanque hasta que la presión sea de 3 bar, entonces mida el volumen de agua entregada. 11. Desconecte el equipo.

III)

Explicación del Laboratorio realizado A. Marco teórico El tanque neumático basa su funcionamiento en la compresibilidad del aire.

El aire atrapado en la parte superior del tanque actúa como un resorte empujando el agua que está atrapado en la parte inferior obligándola a salir. Conforme el agua va saliendo la presión a bajar, cuando se llega a un límite previamente ajustado, un interruptor de presión conecta la bomba de agua para reponer el agua gastada. De esta forma la presión sube hasta un límite en donde el interruptor de presión desconecta la bomba y el ciclo se repite. El aire que está en la parte superior del tanque poco a poco se va junto con el agua hasta que el tanque se inunda totalmente de agua y pierde su función. Para evitar este fenómeno se adiciona al sistema un cargador de aire que cada ciclo introduce una pequeña cantidad de aire al tanque suficiente para reponer el perdido. En tanques muy grandes se utiliza un compresor, que además de suministrar el aire perdido aumenta la presión del sistema con lo cual la cantidad de agua suministrada en el ciclo aumenta. Para calcular el volumen desalojado para un tanque que se llena solo con agua se puede utilizar la siguiente ecuación: ∆ V =P atm∗V T

( P1 + P1 ) 1

2

Donde: ∆ V =volumen de líquido desalojado

¯¿ Patm = presión atmosférica ¿ V T =Volumentotal del tanque P1 y P2=Presión absoluta inicial y final

Para un tanque al que se le agrega agua y aire se debe usar la siguiente fórmula, la cual contempla el aire que se agrega.

∆V=

Patm∗V T P 1+ 2 P3 P1

( )

Donde: ∆ V =volumen de líquido desalojado ¯¿ Patm = presión atmosférica ¿ V T =Volumentotal del tanque P1=Presión de conexión P3=Presión de des conexión P2=Presión a laque se empieza a agregar aire

B. Objetivos del Laboratorio Conocer el funcionamiento de un tanque hidroneumático. Hacer los cálculos teóricos sobre el volumen de agua en cada ciclo, hacer comparaciones con el volumen de agua entregado experimentalmente por el tanque.

C. Descripción En este laboratorio se hizo uso de un tanque neumático con el fin de realizar los cálculos correspondientes con el mismo. El tanque neumático utilizado en el laboratorio tiene un medidor de presión en la parte superior; al tanque se encuentra conectada la bomba que suministra el agua y el compresor que suministra el aire necesario. La bomba utilizada es de tipo centrífuga. Se utilizo un compresor capaz de soportar al menos la presión que se necesita dentro del tanque.

IV)

Resultados obtenidos Como

parte

del

laboratorio

se

obtuvieron

los

siguientes

datos

experimentales. Se realizaron distintas mediciones con el fin de conocer el funcionamiento de un tanque hidroneumático, y observar el volumen de agua entregado por el tanque. Los datos obtenidos se mostrarán en la siguiente tabla: Tabla 1. Datos Experimentales Presión de

Presión de

Altura medida en

Volumen de agua

desconexión del

conexión del

el tanque

entregado (litros)

tanque (bar) 1,5 2,0 3,0

tanque (bar) 1,0 1,0 1,0

calibrado h (mm) 150 300 580

75 150 296

Tabla 2. Cálculos teóricos Presión de

Presión de conexión

Volumen de agua

Porcentaje de

desconexión

del tanque (bar)

teórico (litros)

Variación

1,0 1,0 1,0 1,0

91,11 151,98 228,22 306,97

21 0.6 23 4

del tanque (bar) 1,5 2,0 3,0 3,0 (corregido)

350 300 250 200 150

Valores experimentales

Valores teóricos

100 50 0 1.4

1.6

1.8

2

2.2

2.4

2.6

2.8

3

3.2

Figura 1. Grafica de la curva de tendencia del volumen entregado en función de la presión de desconexión. 350 300 250 200 150

Valores experimentales

Valores teóricos

100 50 0 1.4

1.6

1.8

2

2.2

2.4

2.6

2.8

3

3.2

Figura 2. Grafica de la curva de tendencia del volumen entregado en función de la presión de desconexión con corrección.

Discusión Observando los datos tomados y recopilados en la tabla 1 se puede apreciar un comportamiento lineal del volumen entregado por el tanque

hidroneumático en relación con el aumento de presión de desconexión, evaluando que conforme la presión interna dentro del tanque aumenta, es proporcional la cantidad de volumen que este entregará, esta tendencia es fácilmente apreciable en la figura 1 donde se observa que cuando la presión de desconexión es de 1,5 bar el volumen entregado es de 75 litros, pero en la segunda carga cuando la presión de desconexión se llego hasta 2,0 bar, el volumen aumento en 150 litros que es el doble, y en la tercera y ultima desconexión donde se llegó la presión hasta 3,0 bar se pudo observar que el volumen entregado al tanque calibrado fue de 290 litros que corresponde a casi el doble de la medida anterior. Y por medio de este podemos observar las cargas y descargas del tanque apreciando los rápidos tiempos de reacción que con el tanque hidroneumático se obtiene y que con otro tipo de dispositivo no se podría obtener. Cuando se aplica la ecuación corregida para cuando se utiliza aire para aumentar la presión se obtiene que el gráfico se comporta de manera similar a los valores experimentales. Antes el calculo teórico se alejaba del experimental debido a que se uso la ecuación para un tanque hidroneumático que se llena con agua. Esta ecuación no toma en cuenta el aire que se agrega.

Conclusiones 

El tanque hidroneumático trabaja bajo el principio de compresibilidad del aire que al estar sometido a una presión impulsa el agua a salir a gran



velocidad. Hay que tener cuidado de reponer aire conforme se utilice el tanque ya que



puede alcanzar un punto en donde pierde su funcionalidad. El calculo para un tanque neumático que se llena con agua o con agua y aire, es diferente.

V)

Bibliografía

Çengel, Y., & Cimbala, J. (2006). Mecánica de Fluidos. México: Mc Graw Hill.