Dimensionamiento del tanque hidroneumático

Los tanques hidropneumáticos se utilizan principalmente en un sistema de agua doméstica para fines de retirada cuando el sistema de refuerzo de presión está apagado sin flujo (NFSD). El circuito NFSD apaga la bomba de plomo cuando no hay demanda en el sistema. Mientras que el sistema está apagado en esta condición, el tanque hidropneumático satisfará pequeñas demandas en el sistema. Sin el tanque, el refuerzo se reiniciaría en la más mínima llamada para el flujo, como un solo inodoro que se enjuaga o incluso una fuga de minuto en el sistema de tuberías.

El tamaño del tanque hidropneumático depende de dos factores:

1. Longitud de tiempo que desea que las bombas permanezcan en una situación sin flujo.
2. La ubicación del tanque en relación con el refuerzo de presión.

Cualquier edificio determinado tendrá una baja tasa de demanda por varias veces del día. Los grifos con fugas o alguien que obtiene un vaso de agua en medio de la noche son factores que evitan que este período de demanda baja sea un período de no demanda. No es frecuente que un sistema tenga períodos de demanda cero.

El GPM estimado de baja demanda debe multiplicarse por el número mínimo de minutos que desea que su refuerzo se mantenga apagado sin flujo para determinar el volumen de retirada del tanque. Debido a los retrasos de tiempo integrados en la mayoría de los circuitos de apagado sin flujo, tres minutos generalmente es el tiempo mínimo de apagado considerado. Por lo general, la cantidad máxima de tiempo es de 30 minutos. Cuanto más tiempo esté fuera de la unidad, más energía ahorramos, pero más grande debe ser nuestro tanque. Por lo tanto, se debe hacer un compromiso entre el tamaño del tanque y el tiempo de apagado mínimo.

Cálculo de desplazamiento del tanque

El tamaño del tanque no es igual a la cantidad de agua que en realidad se puede extraer del tanque. El volumen utilizable del tanque depende de la presión normal del sistema, la presión mínima del sistema permitida y el coeficiente de retirada del tanque. Este coeficiente de reducción se puede obtener de los datos publicados del fabricante del tanque.

Colocación de tanques hidropneumáticos

Hay varios lugares donde se puede conectar un tanque hidropneumático al sistema. El punto de conexión más común es el encabezado de descarga del paquete de refuerzo. Algunos tanques están conectados justo después de la descarga de la bomba pero antes del PRV. Otra ubicación bastante común está más lejos en el sistema, generalmente en el techo del edificio. Hay pros y contras a cada ubicación.

La ubicación del tanque cerca de la parte superior del sistema como se muestra en la Figura 1 generalmente resulta en el tanque más pequeño. También elimina las preocupaciones sobre las altas presiones de trabajo que pueden ocurrir en la parte inferior de un sistema de varios pisos. Esta es normalmente la mejor ubicación general para el tanque. Sin embargo, no todos los edificios tienen espacio para un tanque en los pisos superiores y debe asegurarse de tener un medio para transportar el tanque a través del edificio.

El tanque también se puede ubicar en la descarga del paquete de refuerzo de presión como se muestra en la Figura 2. En la mayoría de los edificios, es considerablemente más fácil instalar un tanque en la sala de equipos que en un piso superior, lo que hace que esta ubicación sea la más común. Si se ubica un tanque en la parte inferior del sistema, es importante asegurarse de que la altura estática del edificio más la presión de descarga del paquete no exceda la presión de trabajo máxima permitida del tanque.

Para una presión final aún mayor, el tanque se puede conectar antes del PRV de la bomba de plomo (Figura 3). Este es un punto de presión más alto porque el TDH de la bomba y la presión de succión aún no han sido reducidos por el PRV. Esto nuevamente nos ayuda a reducir el tamaño del tanque. Si se toma este enfoque, el tanque debe estar conectado a la descarga de la bomba de plomo en todo momento.

Si su refuerzo está equipado con alternancia de la bomba y la bomba del tanque se mueve al segundo o tercero en secuencia, el tanque no se cargará. Un tanque no cargado no puede proporcionar ningún volumen de retirada, por lo que no será de uso durante una condición de apagado de bajo flujo. Dado que esta ubicación verá presiones más altas que cualquiera de los dos primeros ejemplos, es particularmente importante asegurarse de no exceder la presión de trabajo máxima del tanque.

Dimensionamiento del tanque hidropneumático

Primero debemos determinar el volumen de aceptación del tanque. Consulte la tabla, a continuación, para obtener una guía de volúmenes de aceptación típicos para varias instalaciones. Estas cifras son estimaciones basadas en el tiempo de cierre de 30 minutos y deben verse en consecuencia.

Use esta tabla solo para estimar. La determinación final del volumen de aceptación es responsabilidad del ingeniero de diseño. ¡Recuerde consultar códigos locales!

El tiempo de cierre de treinta minutos se puede ajustar para diferentes momentos utilizando la siguiente fórmula:

Volumen de aceptación (desde la tabla) X Tiempo de apagado deseado / 30 minutos = Volumen de aceptación ajustado

Una vez que hayamos determinado el volumen de aceptación requerido, podemos calcular el tamaño del tanque en función de las capacidades de retirar. Consulte a su proveedor de tanques hidropneumáticos para obtener información sobre el volumen de retirada de sus tanques. En la Figura 5 se muestra una hoja de datos típica. Dado que los diferentes tanques del fabricante tienen diferentes capacidades de retraso, es imperativo que use los datos suministrados por el fabricante cuyo tanque planea usar.

El valor en la intersección de la presión inicial y la presión final es su coeficiente de retirada. Divida su volumen de aceptación mediante este coeficiente para obtener el volumen total del tanque.

Ejemplo #1: tanque en el techo

Tenemos un refuerzo de presión dimensionado para 500 GPM a una presión de descarga de 75 psig con una presión de succión mínima de 40 psig disponible de la ciudad. El tanque estará ubicado en el techo de un edificio de 5 pisos. Calcule el tamaño del tanque requerido para un apagado de 15 minutos durante las condiciones de flujo bajo y una presión de corte de refuerzo de 65 psig:

• De la mesa anterior, podemos ver que un refuerzo de 500 GPM en un edificio de apartamentos se apagará durante 30 minutos con bajo flujo, se requiere un volumen de aceptación de 75 galones. Sin embargo, dado que solo necesitamos que nuestro refuerzo esté apagado durante 15 minutos, debemos ajustar este volumen de aceptación en consecuencia 75 x 15/30 = 37.5.

Por lo tanto, nuestro volumen de aceptación será de 37.5 galones.

• Nuestra presión inicial es igual a la presión en el punto de conexión del tanque al recorte de refuerzo en presión. Este valor es igual a la presión de corte menos la elevación estática del tanque por encima de la descarga del paquete de refuerzo. También debemos tener en cuenta la pérdida de fricción en la tubería entre la descarga del paquete y el punto de conexión del tanque. En este caso, hemos calculado una pérdida de fricción de 10 pies o 4.73 psig. El tanque está ubicado aproximadamente a 70 pies sobre el refuerzo que equivale a 30.3 psig.

65 psig (corte) - 4.73 psig (pérdida de fricción en el flujo de diseño) - 30.3 psig (altura estática) = 30 psig

• La presión final es igual a la presión en el punto de conexión del tanque cuando el sistema está completamente presurizado.

75 psig (presión del sistema) - 4.73 psig (pérdida de fricción en el flujo de diseño) - 30.3 psig (altura estática) = 40 psig

• Usando la Figura 5, podemos determinar que nuestro coeficiente de extracción es .183.
• Divida el volumen de aceptación mediante el coeficiente de retirada para obtener el volumen total del tanque que nos dará 75 GPM durante el apagado de bajo flujo.

37.5 gpm / .183 = 205

Por lo tanto, necesitamos un volumen mínimo de tanque de 205 galones para cumplir con nuestros requisitos de cierre.

Ejemplo #2: tanque al descarga del paquete de refuerzo

Nuevamente tenemos un refuerzo de presión dimensionado para 500 GPM a una presión de descarga de 75 psig con una presión de succión mínima de 40 psig disponible de la ciudad. Ahora, el tanque se ubicará en el sótano de un edificio de 5 pisos y se conectará al encabezado de descarga del paquete. Calcule el tamaño del tanque requerido para un apagado de 15 minutos durante las condiciones de flujo bajo y una presión de corte de refuerzo de 65 psig:

• De la mesa anterior, podemos ver que para un refuerzo de 500 GPM en un edificio de apartamentos que se apagará durante 30 minutos con bajo flujo, se requiere un volumen de aceptación de 75 galones. Sin embargo, dado que solo necesitamos que nuestro refuerzo esté apagado durante 15 minutos, debemos ajustar este volumen de aceptación en consecuencia 75 x 15/30 = 37.5.

Por lo tanto, nuestro volumen de aceptación será de 37.5 galones.

• Nuestra presión inicial es igual a la presión de corte menos altura estática y pérdidas de tuberías en el tanque. Sin embargo, dado que el tanque se encuentra en la descarga del paquete, las pérdidas de altura estática y fricción son insignificantes. Por lo tanto, podemos concluir que la presión inicial es realmente igual a la presión de corte.

Presión inicial = presión de corte = 65 psig.

• Del mismo modo, la insignificancia de las pérdidas de altura estática y fricción también se aplica a nuestro cálculo de la presión final. Podemos concluir que la presión final es igual a la presión en el punto de conexión del tanque cuando el sistema está completamente presurizado.

Presión final = presión del sistema = 75 psig

• Usando la Figura 5, podemos determinar que nuestro coeficiente de extracción es .111.

• Divida el volumen de aceptación mediante el coeficiente de retirada para obtener el volumen total del tanque que nos dará 75 GPM durante el apagado de bajo flujo.

37.5 gpm / .111 = 340

Por lo tanto, necesitamos un volumen mínimo de tanque de 340 galones para cumplir con nuestros requisitos de cierre.

Ejemplo #3: Conexión del tanque entre la descarga de la bomba y el PRV

Usando el mismo refuerzo de presión que los dos ejemplos anteriores, dimensionado para 500 GPM a una presión de descarga de 75 psig con una presión de succión mínima de 40 psig disponible de la ciudad. El tanque se ubicará en el sótano como en el Ejemplo #2, pero se conectará antes de la válvula de reducción de presión. Calcule el tamaño del tanque requerido para un apagado de 15 minutos durante las condiciones de flujo bajo y una presión de corte de refuerzo de 65 psig:

• De la mesa anterior, podemos ver que un refuerzo de 500 GPM en un edificio de apartamentos se apagará durante 30 minutos con bajo flujo, se requiere un volumen de aceptación de 75 galones. Sin embargo, dado que solo necesitamos que nuestro refuerzo esté apagado durante 15 minutos, debemos ajustar este volumen de aceptación en consecuencia.

75 x 15/30 = 37.5

Por lo tanto, nuestro volumen de aceptación será de 37.5 galones.

• Nuestra presión inicial aún será igual a la presión de corte como en el Ejemplo 2. No necesitamos preocuparnos por la altura estática y la pérdida de fricción ya que el tanque se ubicará adyacente a las bombas. Por lo tanto, nuestra presión inicial será igual a la presión de corte.

Presión inicial = presión de corte = 65 psig.

La presión final será significativamente mayor que en el Ejemplo #2 porque nuestro tanque está conectado al sistema antes de la válvula reductora de presión. Por lo tanto, en realidad tenemos TDH de la bomba con un flujo mínimo más una presión de succión mínima. Si nuestra bomba tiene una curva de flujo frente a la cabeza como se muestra a continuación en la Figura 4, la presión final será 155. (TDH @) 0 GPM) más una presión de succión mínima de 40 psig. Por lo tanto, nuestra presión final se puede calcular agregando estos valores.

67 psig (bomba tdh @ 0 gpm) + 40 psig (min. Presión de succión) = 107 psig

• Usando la Figura 5, podemos determinar que nuestro coeficiente de extracción es .335
• Divida el volumen de aceptación mediante el coeficiente de retirada para obtener el volumen total del tanque que nos dará 75 GPM durante el apagado de bajo flujo.

37.5 gpm / .335 = 1 12

Por lo tanto, necesitamos un volumen mínimo de tanque de 112 galones para cumplir con nuestros requisitos de cierre.

Carga de tanque hidropneumático

La mayoría de los tanques hidropneumáticos se envían del fabricante precargado a una presión que generalmente está muy por debajo del requisito de carga real para el sistema. En otras palabras, el volumen de aire en el tanque es demasiado pequeño una vez que el tanque está instalado en el sistema. Bombas de ciclo corto, dibujar hacia abajo es limitada y, en algunos casos, la situación es tan severa que el tanque podría eliminarse del sistema y nadie sabría la diferencia. Entonces, si vamos a gastar el dinero para un tanque, asegurémonos de que funcione cargándolo correctamente.

La presión de precarga del tanque correcta depende de los siguientes factores:

1. Presión mínima del sistema permitido
2. Elevación del tanque en relación con el paquete de refuerzo de presión
3. Punto de conexión del tanque en el sistema

Definiremos estas variables de la siguiente manera para nuestro cálculo de precarga:

• Sea d = presión del sistema deseada en PSIG (configuración de PRV)
• Deje M = depresión de presión máxima permitida debajo de la configuración de PRV (D)
• Deje h = elevación del tanque por encima del refuerzo de presión en psig (psig = pies / 2.31)
• Deje que P = presión previa a la tarea del tanque (tanque vacía) en PSIG

También estimaremos una caída de presión de 1 psig a través del PRV a tasas de flujo muy bajas encontradas durante un período de baja demanda.

Si el tanque se encuentra por encima del refuerzo de presión como se muestra en la Figura 1, el cargo previo se calcula de esta manera:

P = D - M - H - 1

Los tanques ubicados aproximadamente a nivel del refuerzo y conectados al sistema aguas abajo del PRV (Figura 2) tienen su presión de precarga de la siguiente manera:

P = D - M - 1

Si el tanque está aproximadamente a nivel con el refuerzo pero está conectado al sistema antes del PRV (Figura 3), entonces no tenemos que restar la caída de 1 PSIG a través de la válvula. Por lo tanto, el cálculo es el siguiente:

P = D - M

Para confirmar la presión de precarga de un tanque existente, el tanque debe aislarse del sistema de bombeo / tuberías. Luego, el lado del agua del tanque se drena y la presión de aire se lee con un calibre en la válvula de carga de aire. Esta lectura es la presión de preparge.

Simplemente tomando un poco de tiempo extra para asegurarse de que nuestro tanque esté precargado correctamente, podemos estar seguros de que cumplirá su propósito de mantener las bombas durante períodos de baja demanda.

Ejemplo de precarga

Echemos un vistazo al tanque del techo descrito en la Figura 1. Sabemos que la presión de precarga correcta se define como:

P = D - M - H - 1

Sabemos que:

• D = 75
• M = Presión del sistema: presión de corte = 75-65 = 10
• H = 70 / 2.31 = 30.3

Por lo tanto, nuestra presión correcta de precarga es:

75 - 10 - 30.3 - 1 = 33.7 psig

Para garantizar el funcionamiento correcto del tanque durante la secuencia de apagado de bajo flujo del refuerzo, debe precargarse a 33.7 psig.

Resumen del tanque hidropneumático

Como puede ver, hay pocas reglas duras y rápidas para el tamaño del tanque. Es predominantemente una cuestión de sopesar varios factores y comprometerse en un equilibrio de costo inicial y ahorros potenciales de energía. La ubicación de la conexión del tanque antes de la válvula reductora de presión da como resultado el tanque más pequeño, pero requiere que su bomba respectiva sea siempre la bomba de plomo.

Una conexión de tanque en el encabezado de descarga da como resultado un tanque más grande, pero le permite alternar todas las bombas. Un tanque montado en el techo parece un compromiso bastante razonable, pero debe considerar las complicaciones de transportar el tanque al techo. En conclusión, la ubicación del tanque tiene un impacto significativo en el tamaño del tanque y debe abordarse en un proyecto por proyecto.

La presión inicial del tanque es igual a la presión mínima permitida del sistema (en el punto del tanque) donde el sistema de refuerzo volverá a estar en línea.

La presión final del tanque es igual a la presión máxima de descarga del sistema (en el punto del tanque) o la configuración de la válvula reductora de presión si el tanque está montado en el sistema de refuerzo.

Los galones utilizables reales pueden variar ± 10%.

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