Un tanque de presión o presurizador se utiliza en un sistema de tuberías para mantener una presión deseada . Las aplicaciones incluyen el amortiguamiento de la presión del agua en los hogares. [1]
En la figura de la izquierda, se instala una bomba de agua sumergible en un pozo . El presostato enciende la bomba de agua cuando detecta una presión menor que P lo y la apaga cuando detecta una presión mayor que P hi . Mientras la bomba está encendida, el tanque de presión se llena. Luego, el tanque de presión se vacía a medida que suministra agua en el rango de presión especificado para evitar "ciclos cortos", en los que la bomba intenta establecer la presión adecuada al realizar ciclos rápidos entre P lo y P hi .
Un tanque de presión simple sería simplemente un tanque que contiene agua con un espacio de aire sobre el agua que se comprimiría a medida que más agua ingresara al tanque. Los sistemas modernos aíslan el agua del aire presurizado mediante un diafragma o vejiga de plástico o goma flexible, porque de lo contrario el aire se disolvería en el agua y se eliminaría del tanque con el uso. Con el tiempo, habrá poco o nada de aire y el tanque se "inundará", lo que provocará ciclos cortos y será necesario drenarlo para restablecer el funcionamiento. El diafragma o la vejiga pueden ejercer una presión sobre el agua, pero generalmente es pequeña y no se la tendrá en cuenta en la siguiente discusión.
En referencia al diagrama de la derecha, un tanque de presión generalmente se presuriza cuando está vacío con una "presión de carga" P c , que suele ser aproximadamente 2 psi por debajo de la presión de encendido P lo (caso 1). El volumen total del tanque es V t . Cuando está en uso, el aire en el tanque se comprimirá a presión P y habrá un volumen V de agua en el tanque (caso 2). En el siguiente desarrollo, todas las presiones son presiones manométricas, que son las presiones por encima de la presión atmosférica ( P a , que depende de la altitud). La ley de los gases ideales se puede escribir para ambos casos, y la cantidad de aire en cada caso es igual:
donde N es el número de moléculas de gas (igual en ambos casos), k es la constante de Boltzmann y T es la temperatura . Suponiendo que la temperatura es igual en ambos casos, las ecuaciones anteriores se pueden resolver para la relación entre la presión y el volumen del agua en el tanque:
Los tanques generalmente se especifican por su volumen total V t y el "drawdown" (Δ V ), que es la cantidad de agua que el tanque expulsará a medida que la presión del tanque pasa de P hi a P lo , que se establecen mediante el interruptor de presión: [2] [3]
Ahora se puede ver el motivo de la presión de carga: cuanto mayor sea la presión de carga, mayor será la reducción de nivel. Sin embargo, una presión de carga superior a P lo no permitirá que la bomba se encienda cuando la presión del agua esté por debajo de P lo , por lo que se mantiene un poco por debajo de P lo . Otro parámetro importante es el factor de reducción de nivel ( f Δ V ), que es la relación entre la reducción de nivel y el volumen total del tanque:
Este factor es independiente del tamaño del tanque, por lo que se puede calcular la extracción para cualquier tanque, dado su volumen total, presión atmosférica, presión de carga y las presiones límite establecidas por el presostato.
