Sistema De Bombeo.docx

TRABAJO SISTEMA DE BOMBEO 26 DE MARZO DE 2019 Prof. Mario J. Acero Caballero UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE BUCARAMANGA UNAB Ayala Mejía, Daniel Felipe ID: U00106315

Mojica Cruz, Nicolas Alberto ID: U00106933

Morales Sanchez, Duban Herley ID: U00107044

Pérez De la Ossa, Juan Felipe ID: U00107044

Sierra Cardozo, Jesús David ID: U00107044

Edificio elegido: Cacique condominio, Carrera 33 # 86-50 Bucaramanga, Colombia.

Imagen 4. Llave del lava platos

Aplicaciones apartamento: Imagen 1, Fachada del edificio.

Imagen 5. Conexión de Entrada y salida de agua del lavaplatos

Imagen 2. Esquema contador de agua

Imagen 6. Llave de la pila Imagen 3. Contador de agua

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Imagen 7. Llave del lavamanos

Imagen 10. Conexión de Entrada y salida de agua del inodoro

Imagen 8. Conexión de Entrada y salida de agua del lavamanos

Imagen 11. Llave de la ducha

Imagen 9. Inodoro

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Reconstrucción de los planos del aparte con su respectiva distribución.

Imagen 15. Plano 3D del apartamento en solidworks Imagen 12. Plano apartamento 3D en AutoCAD sin sistema de tubería

Imagen 13. Plano apartamento 3D en AutoCAD con sistema de tubería Imagen 16. Plano 3D del apartamento con sistema de tubería en solidworks

Imagen 14. Plano del apartamento dimensiones en solidworks

Imagen 17. Plano 3D del apartamento con sistema de tubería en solidworks

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Elementos Cuarto de bombeo:

Gráfico 18. Características de la bomba

Gráfico 21. Controlador o cuarto de control

Gráfico 19. 2 bombas conectadas en paralelo

Gráfico 22. Curva característica de la bomba

Gráfico 20. Sistema de bombeo

Gráfico 23. Tubería del sistema

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SISTEMA DE BOMBEO:

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Sierra Cardozo, Jesús David ID: U00107044

volumétricas y las bombas rotodinámicas. (Espejo, 2011)

Debido a la constante expansión urbanística de la ciudad, la solución para la distribución de los nuevos hogares es generando un crecimiento vertical. el desarrollo en altura de la cuidad trae consigo ciertos problemas los cuales se derivan de la necesidad de asegurar la llegada de los diferentes servicios públicos hasta cada punto de distribución y uso dentro de los hogares.

Bombas rotodinámicas El funcionamiento de esta bomba está basado en la transmisión de la energía al fluido mediante un elemento móvil denominado rodete, impulsor o hélice. La máquina le transmite la presión al fluido mediante cambios de velocidad y de dirección en las partículas del fluido. En este caso no hay cambios volumétricos de ningún tipo. Las bombas rotodinámicas son utilizadas en casi la totalidad de los sistemas de bombeo. Debido a esto existe una gran variedad de modelos en el mercado, y se pueden clasificar de distintas maneras. La clasificación más general, y que solapa con las demás, es la clasificación por tipo de impulsor, o forma en que éste transmite la energía al fluido. a) Bombas radiales: basadas en la fuerza centrífuga (reacción de la fuerza centrípeta) la cual transmite la energía mediante la velocidad y presión en el fluido. Someten a las partículas a un cambio de dirección de 90°, entrando a la bomba en forma paralela al eje y saliendo de forma perpendicular a este. Para ello se utiliza un elemento móvil, conocido como rodete o impulsor, formado por álabes de simple curvatura. Este diseño del rodete es adecuado para presiones medias – altas (5 a 150 mca) y caudales moderados. b) Bombas axiales: la energía se transmite mediante un cambio en la velocidad del fluido como consecuencia de una fuerza superficial. En este caso el fluido entra y sale en forma paralela al eje. El impulsor o hélice está formado por tres o más álabes de doble curvatura. Utilizada para presiones baja (0,5 – 10 mca) y altos caudales. c) Bombas semiaxiales: la energía se transmite al fluido por el cambio de velocidad y dirección de las partículas, utilizando para esto una combinación de la fuerza centrífuga y superficial. Como se puede ver, esta bomba es una mezcla de las presentadas anteriormente, por lo cual su campo de aplicación estará entre ambas. (Espejo, 2011)

Siendo de gran importancia el dimensionamiento de sistemas hidráulicos, derivan diferentes diseños para su adaptación a los edificios. Diseñados y contemplados desde el principio de la puesta en marcha de un edificio, los arquitectos se deben dedicar a garantizar el acceso en condiciones optimas las cuales, par el caso colombiano, se encuentran plasmadas en la NTC ( norma técnica colombiana) 1500. En la cual se caracterizan todos los pormenores a la instalación de las redes internas de distribución de agua. Variables como la cantidad de apartamentos, la cuidad, la altura, la cantidad de pisos entre otros se convierten en los interrogantes que son necesarios para poder contar con un buen dimensionamiento del sistema de bombas para las edificaciones.

BOMBA HIDRAULICA: A grandes rasgos la bomba hidráulica se puede definir como una máquina que transforma energía mecánica en energía hidráulica aplicada sobre fluidos incompresibles2 para logra el movimiento de estos. Su finalidad básica es transmitir un caudal dado una presión determinada, y este concepto de transmisión de energía al fluido constituye la primera clasificación de las bombas. En este contexto encontramos las bombas

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SISTEMA HIDRAULICO EXISTENTE: El edificio Aldebarán cuenta con un total de 48 apartamentos distribuidos en dos torres ( norte y sur ) y a su vez, cada torre cuenta con dos bloques además de sistemas de riego para el jardín y los sistemas hidráulicos de las zonas húmedas.

Pérez De la Ossa, Juan Felipe ID: U00107044

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CARACTERIZACION DE LA BOMBA: Para la caracterización de la bomba, por semejanza de trabajo, se tomó la bomba 6x26-50 de Ignacio Gómez IHM.SAS.

El acceso del agua se toma desde la tubería madre que viene por la carrera 25, el fluido se deposita en una piscina de reservorio ubicada en el sótano desde la cual, conectadas en paralelo, dos motobombas SIEMENS de 2 HP, 115V, se encargan de impulsar el fluido hasta el altillo cuando sea necesario. Con un diámetro de aspiración de 0,0603 metros y un diámetro de impulsión de 0,0483 metros. Estas motobombas funcionan de manera transitoria a lo largo del día y solamente cuando, mediante un nivel electrónico ubicado en el tanque superior, se le ordena a las motobombas de impulsión empezar a funcionar para llevar fluido y mantener los tanques superiores con un volumen de funcionamiento.

Gráfico 24. Curva característica de la bomba.

Que se ha tomado del catálogo que se encuentra en la pagina web de la empresa.

Una vez el fluido es depositado en el tanque aéreo, este cae mediante gravedad hacia otro sistema de bombeo ubicado en el altillo en el cual, dos motobombas SIEMENS, de 1,5HP 115V conectadas en paralelo se encargan de impulsar el fluido y enviarlo hacia un tanque presurizado. Este sistema conocido como HIDROFLO se encarga de aumentar la velocidad del fluido que es despachado a los apartamentos. El sistema HIDROFLO es un sistema compuesto de una bomba y un tanque para adicionar y aumentar la presión del agua con una velocidad constate, generando siempre la misma presión dependiendo de la cantidad y fuerza que se requiera. Después de finalizada la aceleración del fluido, se procede a la distribución por los apartamentos, derivando en tuberías domesticas de ½” Gráfico 10, Plano en planta del apartamento 202 Sur, Edf. Aldebarán.

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Mojica Cruz, Nicolas Alberto ID: U00106933

Morales Sanchez, Duban Herley ID: U00107044

Variable Mu: (µ) Rho: (ρ)

Pérez De la Ossa, Juan Felipe ID: U00107044

Sierra Cardozo, Jesús David ID: U00107044

Descripción Viscosidad cinemática Densidad del líquido

Valor 8,91E-04 997

Fórmula

Gamma: (γ)

Viscosidad dinámica

8,94E-07

γ

p sat p atm g L asp D Q

presion de saturacion presion atmosferica Aceleracion gravitacional Longitud de la tubería Diámetro hidráulico Flujo volumetrico

3169,8 90331 9,81 1 0,0889 0,02041267

[m/s2] [m] [m] [m3/s]

Unidades [Pa.s] kg/m3

A

Área transversal circular

0,006207167

[m2]

Epsilon: (ε) ε/D

Rugosidad Rugosidad Relativa

2,80E-05 0,000314961

[m] -

V

Velocidad Promedio

1,288832811

[m/s]

Re

Numero de Reynolds

1,28E+05

-

f

CALCULO DE POTENCIA DE LA BOMBA Ecuacion de Colebrook 0,018842143 Iterar hasta que sea igual al f de abajo 7,285088839 7,29E+00

Nuevo f

0,018842143

Sustituir en la casilla

Imagen 26- tabla de la ecuación Colebrook y sistema en aspiración. Con sus respectivos accesorios

Accesorios k codos kvalvula cheque k valvula globo k valvula de mariposa kentrada ksalida suma k

Imagen 25. Curvas características de la bomba.

A continuación, se presentan las características de la tubería de aspiración

k 1,1305286 0 0,05652643

Cantidad 2 0 1

0

0

0,5 1 1 0 1,687055033

Imagen 27. Tabla de accesorios para la tubería de aspiración.

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 Variable Mu: (µ) Rho: (ρ)

Mojica Cruz, Nicolas Alberto ID: U00106933

Morales Sanchez, Duban Herley ID: U00107044

Valor 8,91E-04 997

Fórmula

Gamma: (γ)

Viscosidad dinámica

8,94E-07

γ

p sat p atm g L D Q

presion de saturacion presion atmosferica Aceleracion gravitacional Longitud de la tubería Diámetro hidráulico Flujo volumetrico

3169,8 90331 9,81 65 0,07303 0,020413

[m/s2] [m] [m] [m3/s]

A

Área transversal circular

0,004188828

[m2]

Epsilon: (ε) ε/D

Rugosidad Rugosidad Relativa

2,80E-05 0,000383404

[m] -

V

Velocidad Promedio

1,909842284

[m/s]

Re

Numero de Reynolds

1,56E+05

-

Unidades [Pa.s] kg/m3

Imagen 24. Ecuacion de H de tubería.

Y se obtienen los siguientes datos

CALCULO DE POTENCIA DE LA BOMBA Ecuacion de Colebrook 0,018711623 Iterar hasta que sea igual al f de abajo

60141,48555 2512,116417 62653,60197

htotal

altura necesaria

65

h asp

altura en la aspiracion

1

Sustituir en la casilla

pot consumida Q[m^3/s]

k 2,2453947 0,7484649 0,05613487

numero 4 1 1

0

0

Q [GPM]

V

H tub

0 0 0 65 0,006305 100 163,6433209 67,49067021 0,01261 200 327,2866418 74,96268082 0,020412671 323,7536997 529,8013057 91,10632291 0,02522 400 654,5732836 104,8507233 0,031525 500 818,2166045 127,2667551 0,03783 600 981,8599254 154,6641274 0,044135 700 1145,503246 187,0428401 0,05044 800 1309,146567 224,4028931

Imagen 28. Tabla de la ecuación Colebrook y sistema en impulsión. Con sus respectivos accesorios

Accesorios k codos kvalvula cheque k valvula globo k valvula de mariposa kentrada ksalida suma k

i impulsion i aspiracion i toal

Derivado de los cálculos anteriores y en base a los caudales arrojados por Curve-Expert, se obtiene:

7,31E+00 0,018711623

i imp i asp i total

Imagen 30. Tabla de coeficiente i de perdidas en tubería

7,310452767

Nuevo f

Sierra Cardozo, Jesús David ID: U00107044

para la tubería de impulsión Descripción Viscosidad cinemática Densidad del líquido

f

Pérez De la Ossa, Juan Felipe ID: U00107044

Perdidas en tuberias NSPH disp 0 0,099864227 0,399456907 1,046741453 1,597827628 2,496605668 3,595112162 4,893347109 6,39131051

NSPH req

7,91166875 3,3336 7,81180452 2,7336 7,51221184 2,3336 6,86492729 2,11548868 6,31384112 2,1336 5,41506308 2,3336 4,31655659 2,7336 3,01832164 3,3336 1,52035824 4,1336

37225

Hbomba[m]

potencia

eficiencia

93,397 94,927 94,457 91,1063228 87,517 81,047 72,577 62,107 49,637

0 5853,815262 11649,66402 18189,15462 21587,46617 24989,42164 26853,41474 26809,44653 24487,51804

0 0,157254943 0,312952694 0,488627391 0,5799185 0,671307499 0,721381189 0,720200041 0,657824528

Imagen 31. Tabla de las ecuaciones de la tubería - Anexo

Con lo cual se puede observar que tenemos un flujo de operación de Q=0,0204 m^3/s y una eficiencia de 0.488%

1 0 1 1 4,049994474

Y esto lo podemos observar mejor en su respectiva grafica

Imagen 29 . Tabla de accesorios de la tubería de impulsión.

Para calcular perdidas en tubería se sigue como en la siguiente ecuación

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Mojica Cruz, Nicolas Alberto ID: U00106933

Morales Sanchez, Duban Herley ID: U00107044

Pérez De la Ossa, Juan Felipe ID: U00107044

Sierra Cardozo, Jesús David ID: U00107044

Imagen 34, Grafica de punto de Cavitación de la bomba. Imagen 32. Grafica de punto de operación de la bomba

ANEXOS

Y gracias a la tabulación de datos relacionados con el flujo vemos que estamos lejos de que nuestra bomba pueda cavitar como podemos observar en los siguientes datos Q[m^3/s] Q [GPM] V H tub Perdidas en tuberias 0 0 0 65 0 0,006305 100 2595453,147 626536084,7 0,099864227 0,01261 200 5190906,294 2506144144 0,399456907 0,018915 300 7786359,44 5638824242 0,898778041 0,02522 400 10381812,59 10024576380 1,597827628 0,031525 500 12977265,73 15663400558 2,496605668 0,03783 600 15572718,88 22555296774 3,595112162 0,043173591 684,7516454 17772408,13 29377322691 4,682481956 0,05044 800 20763625,17 40098305326 6,39131051 0,056745 900 23359078,32 50749417661 8,089002365 0,06305 1000 25954531,47 62653602035 9,986422672

Q[m^3/s]

Q [GPM]

V

H tub

0 0 0 65 0,006305 100 163,6433209 67,49067021 0,01261 200 327,2866418 74,96268082 0,020412671 323,7536997 529,8013057 91,10632291 0,02522 400 654,5732836 104,8507233 0,031525 500 818,2166045 127,2667551 0,03783 600 981,8599254 154,6641274 0,044135 700 1145,503246 187,0428401 0,05044 800 1309,146567 224,4028931

NSPH disp NSPH req Hbomba[m] 7,91166875 3,3336 93,397 7,81180452 2,7336 94,927 7,51221184 2,3336 94,457 7,01289071 2,1336 91,987 6,31384112 2,1336 87,517 5,41506308 2,3336 81,047 4,31655659 2,7336 72,577 3,22918679 3,22918664 63,83273504 1,52035824 4,1336 49,637 -0,17733362 5,1336 35,167 -2,07475392 6,3336 18,697

Perdidas en tuberias NSPH disp NSPH req Hbomba[m] potencia 0 0,099864227 0,399456907 1,046741453 1,597827628 2,496605668 3,595112162 4,893347109 6,39131051

7,91166875 3,3336 93,397 0 7,81180452 2,7336 94,927 5853,815262 7,51221184 2,3336 94,457 11649,66402 6,86492729 2,11548868 91,1063228 18189,15462 6,31384112 2,1336 87,517 21587,46617 5,41506308 2,3336 81,047 24989,42164 4,31655659 2,7336 72,577 26853,41474 3,01832164 3,3336 62,107 26809,44653 1,52035824 4,1336 49,637 24487,51804

eficiencia 0 0,157254943 0,312952694 0,488627391 0,5799185 0,671307499 0,721381189 0,720200041 0,657824528

Imagen 35 tabla Condiciones de trabajo de la bomba

Imagen 33, Tabla de las ecuaciones de la tubería - Anexo

Q[m^3/s] Q [GPM] 0 0 0,006305 100 0,01261 200 0,018915 300 0,02522 400 0,031525 500 0,03783 600 0,043173591 684,7516454 0,05044 800 0,056745 900 0,06305 1000

El cual se puede observar que nuestra bomba cavitara a Q=0,0431 m^3/s, como se puede observar en la siguiente grafica

V 0 2595453,147 5190906,294 7786359,44 10381812,59 12977265,73 15572718,88 17772408,13 20763625,17 23359078,32 25954531,47

H tub Perdidas en tuberias 65 0 626536084,7 0,099864227 2506144144 0,399456907 5638824242 0,898778041 10024576380 1,597827628 15663400558 2,496605668 22555296774 3,595112162 29377322691 4,682481956 40098305326 6,39131051 50749417661 8,089002365 62653602035 9,986422672

NSPH disp NSPH req Hbomba[m] 7,91166875 3,3336 93,397 7,81180452 2,7336 94,927 7,51221184 2,3336 94,457 7,01289071 2,1336 91,987 6,31384112 2,1336 87,517 5,41506308 2,3336 81,047 4,31655659 2,7336 72,577 3,22918679 3,22918664 63,83273504 1,52035824 4,1336 49,637 -0,17733362 5,1336 35,167 -2,07475392 6,3336 18,697

Imagen 36, tabla Condiciones de trabajo de la bomba

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Morales Sanchez, Duban Herley ID: U00107044

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INVENTARIO DE APARATOS EXISTENTES EN EL APARTAMENTO:

𝑣

Se calculará el tiempo de llenado del tanque de reserva de suministro de agua para el caso real y para el caso ideal 

−3

( 6.

𝑚

.

𝑠

) 𝑚

𝑠

𝑚3

𝑡 .



𝐸𝑐.

𝑚

( 6.

𝑠

−3

𝑡

. 98 𝑠

𝒕

𝟐. 𝟐𝟓𝟒𝟗 𝒎𝒊𝒏

𝐸𝑐. ) 𝑚

CASO IDEAL

Para determinar el caso ideal el grupo de trabajo que desarrolla el presente informe se guía por la norma NTC 1500 la cual dice que el tanque de reserva debe tener la capacidad de por lo menos suministrar 𝐿𝑡 en un día a cada habitante de una edificación. El edificio analizado posee 20 pisos, cada piso tiene 8 apartamento y en cada apartamento se hizo la suposición que viven 4 personas, de esta manera se determinó que idealmente en el edificio viven 640 personas y si cada una debe tener en el tanque de reserva por norma 𝐿𝑡 el tanque debe tener en total un volumen de 8 𝐿𝑡 lo cual equivale 3 a 8𝑚 .

𝑡 -> tiempo de llenado del tanque en 𝑠 -> Volumen del tanque en 𝑚3 𝑣 -> Velocidad del agua en 𝑚 𝑠 -> Área del tubo de la tubería dado en 𝑚 El volumen ( ) obtenido del tanque de reserva de la toma de datos fue de 𝑚3 ,el área de la tubería ( ) se calculó tomando el diámetro de la tubería de la data obtenida en la visita al hotel. La velocidad del fluido se calculó ingresando en la 𝐸𝑐. el caudal al que trabajaba la bomba y el diámetro de la tubería por donde se llenaba el tanque 𝑣

𝑚3

6 98

La velocidad anteriormente calculada es la tomada para los cálculos del tiempo, y es la que se ingresa en la 𝐸𝑐.

Para el caso real se tomó el caudal que ofrece la bomba para este edificio el cual se halló teniendo en cuenta todas las consideraciones y tiene un valor de . [𝐺𝑃𝑀], lo que se hizo fue tomar los valores reales que se obtuvieron de la toma de datos del edificio y se ingresaron en la siguiente ecuación 𝑣

6

𝑣

CASO REAL

𝑡

.

Sierra Cardozo, Jesús David ID: U00107044

Con el anterior volumen estimado se procede a usar la 𝐸𝑐. y determinar el tiempo ideal del llenado del tanque con los mismos valores de 𝑣 y .

𝐸𝑐.

𝒕

𝑣 -> Velocidad del agua en 𝑚 𝑠

𝟎𝟒. 𝟓𝟕 𝒎𝒊𝒏

El paso a seguir es estimar el consumo de los habitantes del apartamento analizado, los cuales son dos, para lo anterior se usa la 𝑇𝑎𝑏 𝑎 . El caudal mínimo de operación fue tomado de la norma de la norma NTC 1500

-> Área del tubo de la tubería dado en 𝑚 3

-> caudal al que opera la bomba dado en 𝑚 𝑠

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TRABAJO SISTEMA DE BOMBEO 26 DE MARZO DE 2019 Prof. Mario J. Acero Caballero UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE BUCARAMANGA UNAB Ayala Mejía, Daniel Felipe ID: U00106315

𝐼𝑚𝑎

𝑛

Mojica Cruz, Nicolas Alberto ID: U00106933

Morales Sanchez, Duban Herley ID: U00107044

Pérez De la Ossa, Juan Felipe ID: U00107044

Sierra Cardozo, Jesús David ID: U00107044

. 𝑇𝑎𝑏 𝑎 : Estimación de uso diario de cada aparato de fontanería

Ahora se calcula el consumo total y mensual del apartamento en el que habitan dos personas en la 𝑇𝑎𝑏 𝑎 𝐼𝑚𝑎

𝐼𝑚𝑎

𝑛 9 Gráfico, Tarifa de cobro y registro del Acueducto Metropolitano de Bucaramanga, Unidades en m3

𝑛 8. 𝑇𝑎𝑏 𝑎 : Consumo diario y mensual del apartamento en

que habitan dos personas

Observando el recibo del agua dice que las personas que habitan la casa consumen 6 𝑚3 por mes según la empresa que les ofrece el servicio y en cambio sí se ve la 𝑇𝑎𝑏 𝑎 de estimación de consumo mensual, esta dice que los dos habitantes consumen .8 𝑚3

𝐼𝑚𝑎

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𝑛

.Gráfico, Histórico de consumo del apartamento Acueducto Metropolitano de Bucaramanga, Unidades en m^3

TRABAJO SISTEMA DE BOMBEO 26 DE MARZO DE 2019 Prof. Mario J. Acero Caballero UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE BUCARAMANGA UNAB Ayala Mejía, Daniel Felipe ID: U00106315

Mojica Cruz, Nicolas Alberto ID: U00106933

Morales Sanchez, Duban Herley ID: U00107044

CONCLUSIONES 

Para el sistema observado en el edificio la bomba está bien seleccionada y cumple con la actual norma NTC 1500, Además las bombas están conectadas a un variador de frecuencias y cuenta con un sistema hidrófilo para mantener las condiciones de operación.

Bibliografía CORPORATIVO MEJORADA. (13 de 09 de 2015). SISTEMAS DE BOMBEO. Obtenido de https://www.sistemasdebombeo.mx/soluciones /sistemas-de-bombeo-equipos-de-bombeopara-edificios.html Espejo, R. C. (2011). Analisis técnico-Economico de sistemas de Elevacion de Aguas para edificios Residenciales. Santiago de Chile: Universidad de Chile.

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Pérez De la Ossa, Juan Felipe ID: U00107044

Sierra Cardozo, Jesús David ID: U00107044