INICIO de editorial.dca.ulpgc.es

Departamento de Construcción | Escuela de Arquitectura
Universidad de Las Palmas de Gran Canaria  |  Redacción

www.ulpgc.es www.cda.ulpgc.es

Colecciones

Mapa S

  Boletín dCA

Descargas


Inicio Servicios Técnicos

 S256  Hidrocompresores. Descripción. Variedades básicas. Determinación de sus componentes.

S2

Fontanería
S25 Rama Bombas. Hidrocompresores.
S251 Rama Bombas centrífugas. Sus componentes.Clases de bombas.
S252 Rama Curva característica, q-h, de una instalación y de una bomba.Altura de elevación de una bomba.
S253 Rama Potencias y rendimiento. Elección de la bomba.
S254 Rama Cavitación. Cálculo de la altura geométrica máxima de aspiración.
S255 Rama Funcionamiento en paralelo y en serie  de las bombas.
S256 Rama Hidrocompresores. Descripción. Variedades básicas.Determinación de sus componentes.
S257 Rama Problemática al caso de varias bombas.
S258 Rama Tipologías usuales de hidrocompresores.
S259 Rama Normativa Autonómica.
S2510 Rama Ejemplo de cálculo.

EXPOSICIÓN:

En la presente ficha se desarrollan los siguientes apartados:

  1. Hidrocompresores. Descripción. 
  2. Variedades básicas.
  3. Determinación de sus componentes.

1     HIDROCOMPRESORES.  DESCRIPCIÓN.

Un grupo de presión, o hidrocompresor, está compuesto básicamente por un tanque hermético que contiene aire y agua, suministrada ésta última por una o más bombas.  Al ser comprimido el aire transmite la presión al agua que, de este modo, puede llegar a todos los puntos del edificio.

En realidad la bomba, comandada por un presostato, podría suministrar directamente el agua a la presión requerida sin necesidad del tanque pero para ello tendría que arrancar tal número de veces que los contactores eléctricos tendrían muy corta vida.

2     VARIEDADES BÁSICAS.

Existen dos variedades fundamentales de hidrocompresores (fig.22).  En los primeros inicialmente se prepara el tanque insuflando aire a presión mediante un compresor, de modo que el tanque queda a la presión mínima de trabajo (p1).  En los segundos la presión mínima inicial del tanque se alcanza inyectando agua mediante la propia bomba.  

 


En ambos la presión máxima del tanque (p2) se logra bombeando agua.  Una vez alcanzada la presión máxima de trabajo el presostato detiene la bomba; asimismo cuando por el consumo de agua se llega a la presión mínima de trabajo el presostato hace arrancar de nuevo la bomba hasta recuperar la presión máxima; el agua se suministra, pues, al edificio a presiones comprendidas entre una presión máxima y otra mínima, previamente establecidas.

fig. 22

p1 =  presión mínima absoluta de trabajo del hidrocompresor*

p2 =  presión máxima absoluta de trabajo del hidrocompresor*

H  =  altura que debe subir el agua suministrada por la bomba para que pase la presión de p2 a p1

A  =  volumen de agua a consumir por el edificio antes de que vuelva a producirse  un arranque de la bomba

*       Presión manométrica + 1 (Patmosférica = 1)

Como se ve los hidrocompresores con compresores de aire, para una prestación equivalente, ocupan menos volumen que los otros. 

Se suelen instalar hidrocompresores con compresor sólo en los grandes edificios ya que es más costosa su implantación y mantenimiento.

3     DETERMINACIÓN DE SUS COMPONENTES.

3.1  Bombas.

La bomba que forma parte de un hidrocompresor debe ser capaz de hacer frente al caudal máximo que el sistema demanda en un determinado período de tiempo a una presión media, intermedia entre la máxima y la mínima.

3.2  Depósito regulador a presión.

Como ya se ha indicado, la función del depósito a presión es evitar el continuo arranque y parada de la bomba con cualquier gasto que se produzca en la instalación, es decir se trata de limitar la frecuencia o el número de ciclos de arrancada o parada de la bomba, porque es sabido que esta circunstancia influye en el deterioro de los contactores eléctricos del equipo. Por tanto vamos a estudiar las posibles situaciones con que se puede enfrentar el sistema y determinar cuales pueden ser las más desfavorables. Para ello supondremos que la duración de las situaciones hidraúlicas que estudiemos sea igual al tiempo en que midamos la frecuencia del número de arrancadas de la bomba.

Así, si decimos que la frecuencia de arrancadas de la bomba es 10 por hora, querrá decir que el tiempo que suponemos que dura el fenómeno hidráulico estudiado es una hora.  Teniendo en cuenta que la bomba ha de dar respuesta a los mayores consumos de la instalación que duran, además, varios minutos, es claro que nos referimos a una de las horas puntas del edificio.

Tiempo t1 de reposición del Volumen de Reserva A.

Si llamamos A al volumen de agua que representa la diferencia entre el arranque y la parada de la bomba, el tiempo que tarda la bomba en reponer dicho volumen será:

Cuando en la instalación no se produce ningún gasto

                                    

Cuando en la instalación se está produciendo un consumo de agua, una parte del caudal de la bomba va destinado a cubrir dicho gasto y por tanto la expresión anterior quedará

                                         

Siendo:

                        A = Volumen a reponer en l.

                        Qb= Caudal de la bomba en l./min.

                        Qc= Caudal medio de la instalación en el período T entre  arrancadas.

                        t1= Tiempo en minutos que tarda la bomba en reponer el volumen A.

Tiempo t2 que tarda en consumirse el Volumen A de Reserva

Una vez lleno el depósito, si la instalación tiene un gasto cuyo caudal es Qc, el tiempo t2 que tarda en consumirse el volumen de reserva A será:

                                            

Tiempo T entre arrancadas.

El tiempo total T entre arrancada y arrancada de la bomba será igual a la suma de ambos tiempos t1 y t2 :

T = t1+t2  

Cuanto mayor sea el tiempo total T, menor será la frecuencia de arrancadas de la bomba.

3.3  Valor de T más desfavorable.

Veamos en qué posibles situaciones puede encontrarse la instalación:

a).-       El caudal que se consume en la instalación es mínimo.

Tenemos que

                                                

tiempo t1 que resulta ser mínimo cuando Qc se hace cero, puesto que todo el caudal de la bomba se destina a reponer el volumen A de reserva, quedando la expresión anterior como:

                                             

  Sin embargo con t2 pasa lo contrario, es decir que cuando Qc se acerca a valores cercanos a cero, t2 tiende a infinito:

                                             

Como resulta que el valor T, que nos interesa, es el resultado de la suma de los valores t1 y t2, estamos en un caso favorable respecto a nuestros deseos de que la frecuencia de arrancadas de la bomba sea pequeña.

b).-       El caudal que se consume es máximo, es decir Qc = Qb

Si Qc es máximo, por definición, será igual a Qb, lo cual implica, para valores de Qc cercanos a Qb, que t1 tiende a infinito, según se desprende de la expresión:

                                            

Lo que hace irrelevante el valor de t2, para concluir en que estamos también en un caso favorable, respecto a la frecuencia de arrancadas de la bomba.

c).-       El caudal, que se consume Qc, corresponde a valores e­quivalentes a valores intermedios de Qb.

  c).1.-                                        

                                                   

 Sustituyendo Qc por su valor:

                                             

 Por otra parte tenemos

                                                

Sustituyendo, asimismo, Qc por su valor:

                                                 

Hallando T como suma de t1 y t2 y sustituyéndolos por sus valores en función de A y Qb:  

                                                  

c).2.-                                         

 Volviendo a realizar las mismas sustituciones y operaciones:

                                                                 

Sustituyendo Qc por su valor:

                                                

Por otra parte tenemos

                                                  

 Sustituyendo, asimismo, Qc por su valor:

                                                                 

  Hallando T como suma de t1 y t2 y sustituyéndolos por sus valores en función de A y Qb:

                                                    

                                              

Lo que quiere decir que se obtiene el mismo valor de T para Qc = Qc/4 y para Qc = 3Qb/4

 c).3.                                       

Volviendo a realizar las mismas sustituciones y operaciones:

                                                                                              

Sustituyendo Qc por su valor:

                                                  

De igual manera tenemos

                                                                 

Sustituyendo, asimismo, Qc por su valor:

                                                              

Hallando T como suma de t1 y t2 y sustituyéndolos por sus valores en   función de A y Qb:

                                                           

Lo que representa el valor mínimo de T y por tanto la mayor frecuencia de arrancadas de la bomba, caso más desfavorable para el que debemos calcular la instalación.

Realizando una gráfica donde quede reflejado T, para diferentes valores de Qc y siendo Qc = f(Qb), obtendremos T = f(A,Qb), tal como hemos hecho hasta ahora (fig. 23).

fig. 23

CUADRO DE VALORES PARA Qc = f(Qb)

Qc = f(Qb)

t1

t2

T

0

A/Qb

Infinito

Infinito

Qb/8

8A/7Qb

8A/Qb

64A/7Qb

Qb/4

4A/3Qb

4A/Qb

16A/3Qb

Qb/2

2A/Qb

2A/Qb

4A/Qb

3Qb/4

4A/Qb

4A/Qb

16A/3Qb

7Qb/8

8AQ/Qb

8A/7Qb

64A/7Qb

Qb

Infinito

---

Infinito

3.4  Valor del volumen de reserva A.

Una vez establecido el valor de Qc que resulta más desfavorable, vamos a ver qué volumen total Vt del depósito a presión haría falta para, con dicho caudal, poder mantener el número de arrancadas de la bomba con la frecuencia deseada.

Para ello, vamos a poner el volumen de reserva A en función de valores conocidos como el caudal de la bomba Qb y el valor del número de arrancadas por hora que como máximo ha de admitirse Nc (número de ciclos), para el caso del consumo más desfavorable donde Qc = Qb/2.

Con los siguientes significados:

A =       Volumen en litros de reserva o útil que representa la diferen­cia entre la presión de máxima y la mínima en el depósito a presión y por tanto entre el arranque y la parada de la bomba.

Qb=      Caudal de la bomba en litros/minuto. 

Nc=       Número de ciclos, número arrancadas de la bomba por hora o frecuencia de maniobras que se producen tomando como unidad de tiempo una hora.

Según hemos visto:

                             (1)        T = 4A/Qb

Al propio tiempo por definición:

                                Nc = 60/T

Despejando T tenemos:

                                      (2)        T = 60/Nc

Sustituyendo (2) en (1):

                                      60/Nc = 4A/Qb

Y despejando A de la anterior expresión:

                             (3)        A = 15Qb/Nc

Valor de A que nos será muy útil posteriormente, puesto que nos dá el valor de A en función de valores conocidos o impuestos por nosotros.

3.5  Volumen útil vt del Depósito a presión o Calderín.-

Como ya se ha explicado, en este tipo de instalaciones la bomba introduce agua a presión en el depósito, cuyo nivel sube y va comprimiendo el aire que parcialmente ocupa la parte superior del mismo. Al alcanzarse la presión máxima, previamente seleccionada, un presostato interrumpe el funcionamiento de la bomba. Cuando por el consumo de la instalación, el nivel del agua en el depósito disminuye, la presión también va bajando hasta que llega al mínimo establecido, donde el presostato vuelve a poner en funcionamiento la bomba y se inicia de nuevo el ciclo descrito.

Si consideramos tres momentos de este ciclo (fig. 24).

fig. 24

a).        El depósito esta completamente lleno.

p1 =      Presión máxima absoluta en el depósito cor­respon­diente al volumen v1 de aire.

v1 =       Volumen mínimo de aire en la parte superior del depósito.

b).        El depósito se encuentra lleno hasta el nivel donde tiene su arranque la bomba.

p2=       Presión mínima absoluta en el depósito. Corresponde al volumen v2 de aire.

v2 =       Volumen máximo de aire en la parte superior del depósito.

Hay que resaltar que el volumen útil o de reserva A es igual a la diferencia entre v2 y v1:

  A = v2 - v1

c).        El depósito se encuentra vacío, encontrándose el nivel de agua por encima de los tubos de entrada y salida del agua.

vt =       Volumen del depósito contado desde el nivel mínimo que cubre los tubos de entrada y salida del agua

pt =       Presión absoluta del aire en el depósito correspondiente a vt.

Esta presión puede ser igual a la atmosférica o a una mayor, en el caso que el depósito cuente con una presión inicial aportada mediante compresor.

Si aplicamos la ley de Mariotte, tenemos:

                            p1v1 = p2v2 = ptvt

Por tanto:

                                  (1)        p2v2 = ptvt

                                            y

                                       p1v1 = ptvt , luego       

Por otra parte:

                                         v2 = A + v1

Sustituyendo en (1) los valores antes hallados:

                                   p2(A + v1) = ptvt

 y posteriormente:

                                         

  Operando y despejando vt, obtenemos:

                              (2)       

Esta expresión se transforma en:

                              (I)        

en el caso que el depósito no sea dotado de ninguna presión inicial y por tanto pt sea igual a la atmosférica (1 kg/cm2)

Si al depósito se le dota de una presión inicial equivalente a la presión mínima p2 la expresión (2) queda

                         (II)        vt = Ap1/(p1-p2)

que lógicamente representa un depósito de dimensiones menores (fig. 25).

fig. 25

Por otra parte si sustituimos A por su valor en función de Qb (caudal de la bomba elegida) y de Nc (número de arrancadas de la bomba en una hora), hallados previamente, tenemos que para el caso más desfavorable (cuando Qc = Qb/2):

                                    A = 15Qb/Nc

sustituyendo en (I) y (II), nos quedará:

                                     (I)         vt = 15Qbp1p2/Nc(p1-p2)

                                     (II)        vt = 15Qbp1/Nc(p1-p2)

Si además tenemos en cuenta que en muchos modelos de depósitos los orificios de entrada y salida del agua se encuentran a una determinada altura del fondo de los mismos y que resulta imprescindible que dichos orificios se encuentren siempre por debajo del nivel mínimo del agua, tendremos que el volumen útil vt representa una fracción del volumen total V del calderín. Fracción que puede oscilar entre el 70 y 90 %, que llamaremos K y que permite establecer las siguientes expresiones :

Sin compresión inicial.- pt = 1 atm.

(I)       

Con compresión inicial.- pt = p2    

 (II)     

  V= Volumen total del depósito en 1 m.

= Caudal de la bomba, en l/min.

* = Número de arrancadas de la bomba en la hora punta.  

= Presiones absolutas máximas y mínimas en el tanque, en atmósferas

 

Con valores de K comprendidos entre 0,7 y 0,9.

Llegados a este punto conviene aclarar lo siguiente:

Para poder aplicar la Ley de Mariotte hemos tenido que trabajar con las presiones absolutas del aire encerrado en el calderín, mientras que las presiones en fontanería se expresan en presiones relativas; es decir en aquella magnitud que excede a la presión atmosférica del lugar.  Así pues si se nos da como datos tales presiones relativas (que designaremos como p) en las formulas (I) y (II) serán:

                                    P1 = p1 + 1

                                    P2 = p2 + 1                         

p1, p2, p1 y p2 en atmósferas o kg/cm2    

En  tales  fórmulas  p2 será la presión mínima exigible para la instalación, es  decir:  la  suma  de la  altura  geométrica  desde  el  hidro hasta el punto de agua más desfavorable, más las pérdidas de carga hasta dicho punto, más su presión de servicio.

                                      p2 = Z + å   (R +L  R) + ps                                 

En cuanto al valor de p1, éste se establece ponderadamente, ya que una presión excesiva podría perjudicar la instalación, siendo normales los valores p1 = p2 + 1,5 atmósferas.  


Actualizado 20/02/08

 ©  Contenido: Juan Carratalá Fuentes y Manuel Roca Suárez