MONTAJE DE UN BANCO DE PRUEBAS DIDÁCTICO PARA EL ANÁLISIS DE VÁLVULAS HIDRÁULICAS JULIE CAROLINA CORREDOR SANTOS

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1 MONTAJE DE UN BANCO DE PRUEBAS DIDÁCTICO PARA EL ANÁLISIS DE VÁLVULAS HIDRÁULICAS JULIE CAROLINA CORREDOR SANTOS PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL BOGOTÁ D.C. 2011

2 MONTAJE DE UN BANCO DE PRUEBAS DIDÁCTICO PARA EL ANÁLISIS DE VÁLVULAS HIDRÁULICAS JULIE CAROLINA CORREDOR SANTOS Trabajo de grado para optar al título de Ingeniero Civil Director: Andrés Vargas Luna Ingeniero Civil, MSc. PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL BOGOTÁ D.C. 2011

3 A mis padres Alfredo y Ruth, a mis hermanos, amigos y en especial a Jerónimo, a quien amo sin todavía conocerlo. Me lo contaron y lo olvidé; Lo vi y lo entendí; Lo hice y lo aprendí. CONFUCIO Julie Carolina Corredor Santos Página 3

4 AGRADECIMIENTOS Montaje de un banco de pruebas didáctico Agradezco a las empresas FF soluciones S.A. y Metacol S.A., los donadores de los elementos del banco de pruebas, sin los cuales no se hubiera podido realizar este proyecto; y al Ingeniero Iván Buitrago, quien fue el autor intelectual de estas donaciones. Doy mis más sinceros agradecimientos a Don Enrique, quien estuvo incondicionalmente ayudándome en el montaje del banco de pruebas. Adicionalmente, debo agradecer a todas las personas que me apoyaron y me brindaron todo su conocimiento y ayuda en la elaboración de este proyecto, mi director de tesis, Andrés Vargas, mis padres y amigos. Julie Carolina Corredor Santos Página 4

5 TABLA DE CONTENIDO Montaje de un banco de pruebas didáctico 1. INTRODUCCIÓN OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL OBJETIVOS ESPECÍFICOS VÁLVULAS FUNCIONES TIPOS VÁLVULAS DE CONTROL HIDRÁULICO DEFINICIÓN IMPORTANCIA APLICACIONES Válvula de control de caudal Válvula reguladora de presión Válvula sostenedora de presión Válvula de control de nivel Válvula control de bomba Válvula de alivio COMPOSICIÓN PRINCIPIO DE OPERACIÓN VÁLVULA PILOTO NOMENCLATURA DE LAS VÁLVULAS SELECCIÓN DE VÁLVULAS DE CONTROL Factor de Capacidad de la Válvula ( ) Velocidad del flujo en válvulas de control Cavitación en válvulas Conexiones de válvulas FABRICANTES DE VÁLVULAS DE CONTROL HIDRÁULICO VÁLVULAS REGULADORAS DE PRESIÓN CRITERIOS DE SELECCIÓN DE LA VÁLVULA Julie Carolina Corredor Santos Página 5

6 5.2. NORMATIVIDAD Cuerpo y elementos internos Sistema de control ESTACIONES REDUCTORAS DE PRESIÓN NORMATIVIDAD Definición Requisitos generales Composición Diseño de la estación reductora de presión Selección del diámetro de la válvula reductora de presión BANCO DE PRUEBAS DISEÑO INICIAL CARACTERÍSTICAS GENERALES Válvula reductora de presión Estructura Otras Aplicaciones Filtro Yee Válvula ventosa Medidor de caudal Tubería Accesorios COMPROBACIÓN HIDRÁULICA MONTAJE DEL BANCO DE PRUEBAS MONTAJE DEL ESQUEMA INICIAL PRUEBAS Y CORRECCIONES DEL MONTAJE Requerimientos de la bomba para el banco de pruebas PRESUPUESTO FINAL ENSAYOS DE LABORATORIO CONCLUSIONES RECOMENDACIONES BIBLIOGRAFÍA ANEXOS...86 Julie Carolina Corredor Santos Página 6

7 LISTA DE FIGURAS Montaje de un banco de pruebas didáctico Figura 1. Esquema válvula ventosa Figura 2. Formas de las válvulas de control hidráulico Figura 3. Tipos de válvulas de globo Figura 4. Diagrama de una válvula de control de caudal Figura 5. Diagrama válvula reguladora de presión Figura 6. Diagrama de válvula sostenedora de presión Figura 7. Instalación típica de válvulas reductoras y/o sostenedoras de presión Figura 8. Instalación de una válvula de flotador Figura 9. Válvulas de control de nivel Figura 10. Diagrama válvula control de bomba Figura 11. Diagrama válvula de alivio Figura 12. Composición de una válvula de control hidráulico Figura 13. Funcionamiento de una válvula hidráulica Figura 14. Válvula piloto Figura 15. Daños en un pistón causados por el fenómeno de cavitación Figura 16. Perfil de presiones a través de la válvula Figura 17. Diagrama de cavitación de válvulas de control Figura 18. Tipos de bridas Figura 19. Gráfico de cavitación Figura 20. Instalación de una sola válvula Figura 21. Instalación de válvulas en serie Figura 22. Instalación de válvulas en paralelo Figura 23. Válvula de aislamiento del sistema de control Figura 24. Filtro del sistema de control Figura 25. Válvula de aguja del sistema de control Figura 26. Elementos del sistema de control Figura 27. Estación reductora de presión Figura 28. Ubicación del banco de pruebas a construir con adaptaciones requeridas Figura 29. Bosquejo del montaje del banco de pruebas Julie Carolina Corredor Santos Página 7

8 Figura 30. Funcionamiento válvula reguladora de presión Figura 31. Composición de la válvula de control hidráulico Z-Tide Figura 32. Filtro Yee Metacol Figura 33. Grafico de cavitación de la válvula reductora de presión Z-TIDE Julie Carolina Corredor Santos Página 8

9 LISTA DE CUADROS Montaje de un banco de pruebas didáctico Cuadro 1. Tipos de válvulas Cuadro 2. Sistema Inglés Vs. Sistema Internacional de medidas Cuadro 3. Sistema Inglés Vs. Sistema Internacional de medidas. Diámetro Cuadro 4. Sistema Ingles Vs. Sistema Internacional de medidas. Presiones Cuadro 5. Clase de presión y material de las bridas Cuadro 6.Empresas fabricantes de válvulas de control hidráulico Cuadro 7. Requerimientos válvulas reguladoras de presión según RAS Cuadro 8. Materiales de las partes de la válvula Cuadro 9. Caracteristicas del by-pass para estaciones de una o varias válvulas Cuadro 10. Materiales necesarios para el montaje Cuadro 11. Materiales de la válvula Z-Tide Cuadro 12. Presiones de trabajo de la válvula Z-Tide Cuadro 13. Descripción de las aplicaciones de la válvula Z-Tide Cuadro 14. Caudal de la bomba Cuadro 15. Caudal del tanque y la bomba actuando simultáneamente Cuadro 16. Caudal del tanque Cuadro 17. Presiones tomadas de la bomba Cuadro 18. Presiones tomadas de la bomba y el tanque actuando simultáneamente Cuadro 19. Presiones del tanque Cuadro 20. Presupuesto de materiales del montaje Cuadro 21. Presupuesto materiales e instalación bomba provisional Julie Carolina Corredor Santos Página 9

10 LISTA DE FOTOS Foto 1. Laboratorio de hidráulica antes del montaje Foto 2. Instalación del banco de pruebas Foto 3. Desviación requerida de la línea de Foto 4. Desviación requerida de la línea de Foto 5. Montaje sin correcciones Foto 6. Registro de salida Foto 7. Registro de la bomba Foto 8. Montaje final del banco de pruebas Foto 9. Bomba del laboratorio Foto 10. Bomba instalada en el banco Foto 11. Cambio de Rele térmico Julie Carolina Corredor Santos Página 10

11 1. INTRODUCCIÓN Montaje de un banco de pruebas didáctico Está demostrado que el aprendizaje en las personas se hace más fácil cuando se enseña, no solo la teoría, sino también con ayudas didácticas como por ejemplo experimentos o prácticas de laboratorio, para que se puede comprobar las teorías expuestas en las aulas del clase. Ramírez (2006) explica que más que enseñar ciencias, como paquetes dogmáticos ya hechos, se trata de enseñar a hacer ciencia, a producir y reproducir críticamente los conocimientos, a apropiarlos y a elaborarlos. Ahora, se entiende que la hidráulica es una disciplina altamente experimental, es decir, que ha requerido de mucha experimentación en el laboratorio para establecer sus teorías y leyes y que actualmente aún para manejar el diseño de algunas obras hidráulicas se requiere de la experimentación en el laboratorio. Por lo que la enseñanza de la hidráulica y su investigación se deben apoyar en un laboratorio de hidráulica. (Sandoval, 2008). Los laboratorios de hidráulica cuentan con bancos de prueba para realizar sus estudios y experimentos. Un banco de pruebas está definido por la Real Academia de la Lengua Española como una: instalación provista de aparatos y dispositivos, que permite medir las características de una máquina simulando las condiciones de su funcionamiento real. Este proyecto está enfocado al estudio de las válvulas de control hidráulico, principalmente las válvulas reductoras de presión utilizadas en los sistemas de abastecimiento, es decir, en conducciones cerradas. Como señala León (2004), las conducciones forzadas se estudian en laboratorios empleando bancos de pruebas de tuberías y accesorios que hacen que el estudiante pueda asimilar, mediante la investigación, las leyes que rigen el movimiento del líquido en conductos a presión, adquirir experiencias con la manipulación de válvulas, bombas, aforar gastos, medir presiones, para así poder llegar a sus propias conclusiones. Merkle et al. (1998) explica que la finalidad de las válvulas es la de determinar las características del flujo de energía controlando o regulando su dirección, la presión, el Julie Carolina Corredor Santos Página 11

12 caudal y, por ende, la velocidad del flujo. Ellos exponen que la válvula reductora de presión es una válvula que reduce la presión de salida siendo más elevada y variable la presión de entrada. Las primeras válvulas de control se remontan al siglo XIX, en donde ya se entendía el concepto de las válvulas reductoras de presión (por medio de un diafragma) y la válvula controladora de nivel (por medio de un flotador). Las válvulas reductoras de presión funcionaban con vapor y sirvieron para algunas aplicaciones ferroviarias. En el siglo XX se introdujeron las válvulas para la industria del gas y el petróleo y se creó el piloto de control de la válvula. Solo hasta 1930 se dieron a conocer las válvulas de control como se conocen hoy en día. (Guy Borden et al., 1998) En Colombia, no se encuentran bancos de pruebas de válvulas reguladoras de presión, pero si se mira en universidades internacionales, se puede encontrar que la Universidad de Minnesota (USA) cuenta con una práctica del laboratorio llamada Presión compensada válvula reguladora de caudal 1 y la universidad de Utah cuenta con un laboratorio experto de hidráulica, en donde se realizan pruebas a válvulas hidráulicas 2. En este contexto, se ha observado que el laboratorio de hidráulica de la Pontificia Universidad Javeriana cuenta con un banco de pruebas de conductos cerrados y canales, pero, como se expuso anteriormente, los conductos cerrados están conformados, además de tuberías, por accesorios de alta relevancia como las válvulas hidráulicas. Por tal motivo, se ve necesario construir un banco de pruebas de válvulas hidráulicas en el laboratorio para que los estudiantes estén más familiarizados con este tema y puedan entender mejor el comportamiento de estos dispositivos hidráulicos. En los capítulos tres y cuatro se presenta información sobre las válvulas. El tercero presenta información sobre las válvulas en general mientras que en el cuarto se 1 Prácticas de laboratorio de la Universidad de Minnesota. 2 Utah Laboratorio de Investigación de Aguas. Julie Carolina Corredor Santos Página 12

13 encuentra información sobre las válvulas de control hidráulico, su definición, las aplicaciones que se presentan, la composición básica de las válvulas, el principio de operación, la nomenclatura utilizada para las válvulas y tuberías, los criterios de selección de las válvulas y una introducción a algunos fabricantes (nacional e internacional) de válvulas de control hidráulico. El quinto y sexto capítulo trata de las válvulas reductoras de presión y sus estaciones, respectivamente. Se describe el criterio de selección y la normatividad que rige en nuestro país. Los capítulos séptimo y octavo describen el diseño y montaje del banco de pruebas instalado en el laboratorio de hidráulica de la Pontificia Universidad Javeriana. En el noveno capítulo se presentan las guías de laboratorio propuestas en este trabajo y que pueden realizarse en el banco construido. Se finaliza el documento con las recomendaciones y conclusiones del trabajo realizado. Julie Carolina Corredor Santos Página 13

14 2. OBJETIVOS Montaje de un banco de pruebas didáctico 2.1. OBJETIVO GENERAL Construir un banco de pruebas didáctico de una válvula hidráulica para el laboratorio de hidráulica de la Pontificia Universidad Javeriana OBJETIVOS ESPECÍFICOS Diseñar y construir el sistema hidráulico para el montaje de la válvula hidráulica acorde con las características del laboratorio y los requisitos de la válvula. Realizar las curvas de calibración de la instalación. Elaborar y adaptar la guía del estudiante al montaje del sistema de la válvula hidráulica para poder realizar el respectivo laboratorio. Julie Carolina Corredor Santos Página 14

15 3. VÁLVULAS Montaje de un banco de pruebas didáctico Las válvulas son de gran importancia en un sistema de conducción de un fluido ya que ayudan a controlar las características del flujo para que presente unas condiciones deseadas. La presencia de estas válvulas en una conducción cerrada produce unas pérdidas de carga en el sistema FUNCIONES Las válvulas cumplen las siguientes cuatro funciones principales dependiendo de sus características Regulación: Regulan las variables del flujo (caudal, presión, etc.) a un determinado valor. Como por ejemplo la válvula reguladora de cauda, válvula reductora de presión, entre otras. Actúan como válvulas hidráulicas. Protección: Actúan como protección de los elementos del sistema, como por ejemplo la válvula ventosa, la de alivio, la anti retorno, entre otras. Algunas de estas actúan como válvulas hidráulicas. Operación: Permiten realizar el mantenimiento diario de la red aislando el flujo. Operadas manualmente TIPOS Existen diferentes tipos de válvulas como las de tipo bola, globo, mariposa, compuerta, check, las cuales realizan diferentes funciones. En el Cuadro 1 se presenta una breve explicación de cada una de ellas y las posibles funciones que pueden cumplir. Julie Carolina Corredor Santos Página 15

16 Cuadro 1. Tipos de válvulas TIPO FIGURA DESCRIPCIÓN FUNCIONES BOLA Esfera perforada que gira para abrir o cerrar la válvula. Operación, regulación. ASIENTO PLANO También conocida como válvula de globo. Cuerpo con diversas geometrías. Disco que abre o cierra la válvula al colocarse sobre el asiento plano. Alta gama de funciones como operación, regulación y protección. MARIPOSA Disco con capacidad de girar 90. Abierta en posición paralela al flujo, cerrada en posición perpendicular a éste. Operación y regulación. COMPUERTA Compuerta deslizante en sentido vertical por medio de un tornillo. Operación. Trabaja completamente cerrada o completamente abierta. CHECK Diseñada para abrir en la dirección normal del flujo y cerrar en la contraria. Controla la dirección del flujo. Fuente: Adaptado de Dickenson, Julie Carolina Corredor Santos Página 16

17 Otro tipo de válvula es la ventosa. La válvula ventosa controla la ventilación del sistema cumpliendo las funciones de liberar el aire que se encuentra atrapado en la tubería y de dar salida o entrada al aire en el llenado o vaciado de la tubería, con el fin de prevenir daños en la tubería a causa del aire. Trabaja con un flotador de menor peso específico que baja o sube (abriendo o cerrando el orificio) según el requerimiento de la tubería como se muestra en la Figura 1. Figura 1. Esquema válvula ventosa Salida de aire Ventosa cerrada Ventosa abierta Entrada desde la tubería Fuente: Adaptado de Rodríguez, Las válvulas de control hidráulico son válvulas con una amplia gama de aplicabilidad y una gran importancia en los sistemas de conducción de fluidos, por lo que se enfatizará en éstas en este trabajo. Julie Carolina Corredor Santos Página 17

18 4. VÁLVULAS DE CONTROL HIDRÁULICO Montaje de un banco de pruebas didáctico 4.1. DEFINICIÓN Las válvulas de control hidráulico están diseñadas para controlar y/o regular presiones, caudales, niveles de agua y/o sistemas de bombeo; son auto-operadas por medio de una válvula auxiliar (piloto) la cual controla la entrada del fluido a través de la válvula (véase numeral 4.6). Existen tres factores importantes que determinan las características de la válvula requerida, los cuales son: Material: El cuerpo de las válvulas y sus elementos internos son fabricados en diferentes materiales como acero, hierro, bronce y demás, dependiendo del fabricante. Tamaño: El tamaño de las válvulas es variable coincidiendo con el tamaño de la tubería que está determinado por la nomenclatura definida en el numeral 4.6. Presión: La presión de trabajo de las válvulas está definido por el material de fabricación, la temperatura y la conexión (roscada o bridada) que presente la válvula. El rango de presiones que se maneja y su nomenclatura se presenta en el numeral 4.6. Existen dos formas de válvulas de control hidráulico, las válvulas de tipo globo y las de tipo angular como se muestra en la Figura 2. Las dos son similares en construcción pero difieren en la operación ya que en la angular la salida es de 90 de la entrada y la pérdida de carga es la mitad de la de globo. Las dos son útiles dependiendo del sistema que se desee instalar; una válvula de globo de debe instalar en una tubería recta mientras que la angular funciona adecuadamente como codo de 90 en un sistema de tuberías (Mays, 2003). Julie Carolina Corredor Santos Página 18

19 Figura 2. Formas de las válvulas de control hidráulico Montaje de un banco de pruebas didáctico a) Válvula de globo b) Válvula angular Fuente: Elaboración propia del autor. Las válvulas de globo son las más usadas para trabajar como válvulas de control hidráulico, sin embrago ésta se divide en tres tipos de válvula, definidas por la NP-016 del EAAB (véase numeral 5.2) las cuales se muestran en la Figura 3. Figura 3. Tipos de válvulas de globo a) Tipo convencional b) Tipo Y (vástago vertical) c) Tipo Y (Vástago inclinado) Fuente: Elaboración propia del autor IMPORTANCIA Las válvulas de control hidráulico son de gran utilidad en los sistemas de abastecimiento de agua ya que ayudan a controlar las condiciones del fluido para que no se presenten daños tanto en la línea de tuberías como en los elementos que la componen la red y así evitar pérdidas en el sistema de acueducto. Julie Carolina Corredor Santos Página 19

20 Estas pérdidas son las ocasionadas por las fugas, rupturas o daños en la línea del sistema al presentarse grandes variaciones en las características del fluido. Así por ejemplo, si se llega a presentar una presión muy elevada en el sistema la cual ocasione fallas, éste puede presentar fugas y/o rupturas en la tubería y accesorios. Otra importancia de este tipo de válvulas en la de controlar las condiciones del flujo a las condiciones deseadas para que no se presenten inconvenientes en la prestación del servicio de acueducto. Así por ejemplo se puede controlar el caudal en la red en horas de la mañana y en horas de la noche las cuales presentan diferente valor, sin desperdiciar agua en las noches y sin faltar a la prestación del servicio en las horas de la mañana APLICACIONES Esta tipo de válvulas son multifuncionales, es decir que el mismo cuerpo de una válvula tiene varias aplicaciones dependiendo únicamente del piloto que se le ajuste. A estas válvulas su les pueden ajustar uno o varios pilotos. En los siguientes numerales se explica de manera general la diversa aplicabilidad que tiene estas válvulas Válvula de control de caudal Son utilizadas para regular el caudal del sistema definido por un caudal predeterminado. Para su funcionamiento, es necesario contar con medidor de caudal en la válvula como una placa de orificio o un actuador eléctrico. Son muy frecuentes en sistemas de riego. La placa de orificio debe estar conectada con el piloto transmitiendo señales del caudal para que el piloto controle la apertura de la válvula. Si el caudal que está pasando por la válvula es mayor al predeterminado, la válvula cierra; por el contrario, si el cauda disminuye, la válvula abre permitiendo el paso del fluido. En la Figura 4 se presenta el diagrama de una válvula de control de caudal con placa de orificio. Julie Carolina Corredor Santos Página 20

21 Figura 4. Diagrama de una válvula de control de caudal. 1 Válvula principal 2 Filtro 15 Válvula de aislamiento 16B Válvula de ajuga 24 Piloto controlador de caudal 25 Placa de orificio Fuente: Adaptado de Valloy, Para su instalación, la placa de orificio y la válvula deben estar separadas entre 1 a 5 veces el diámetro del tubo; y la placa de orificio y la válvula de aislamiento del sistema deben estar separadas entre 5 y 10 veces el diámetro del tubo Válvula reguladora de presión Son utilizadas para establecer una presión fija del sistema aguas abajo del punto de colocación, sin importar la presión registrada aguas arriba de dicho punto. Cuando la presión aguas arriba es mayor a la pre-establecida, ésta cerrará creando más perdidas de carga a través de la válvula hasta llegar a la presión deseada. La válvula se encuentra en continuo movimiento de cierre o apertura, dependiendo de la presión que se esté registrando aguas arriba. En la Figura 5 se muestra el diagrama de una válvula típica reguladora de presión. Figura 5. Diagrama válvula reguladora de presión 1 Válvula principal 2 Filtro 3 Válvula de aguja 4 Manómetro 15 Válvula de aislamiento 34 Piloto reductor de presión Fuente: Adaptado de Valloy, Julie Carolina Corredor Santos Página 21

22 Son comúnmente utilizadas en sistemas de abastecimiento de agua, aportando una presión fija al sistema aguas abajo. En la Figura 7 se muestra una posible instalación de este tipo de válvula la cual regularía la presión aguas abajo del sistema (Red B) Válvula sostenedora de presión Son utilizadas para mantener una presión mínima aguas arriba del punto de colocación. Cuando la presión aguas arriba disminuye, la válvula cierra, en caso contrario si la presión aumenta, la válvula abre para regular la presión del sistema. En la Figura 6 se muestra el diagrama de una válvula típica sostenedora de presión. Figura 6. Diagrama de válvula sostenedora de presión 1 Válvula principal 2 Filtro 3 Válvula de aguja 4 Manómetro 15 Válvula de aislamiento 35 Piloto sostenedor de presión Fuente: Adaptado de Valloy, Su instalación se realiza en sistemas de abastecimiento en donde se requiere que la presión aguas arriba sea de un valor determinado y no presente caídas a causa de las condiciones del sistema aguas abajo. La Figura 7 muestra una posible instalación de este tipo de válvula la cual regularía la presión aguas arriba del sistema (Red A) al presentar fuertes variaciones de presión a causa de la Red B. Julie Carolina Corredor Santos Página 22

23 Figura 7. Instalación típica de válvulas reductoras y/o sostenedoras de presión Válvula reductora o sostenedora de presión dependiendo de las características del sistema. Red A Red B Fuente: Adaptado de Rodríguez, Válvula de control de nivel Estas válvulas son útiles para controlar el nivel de agua en un tanque. Cuando el tanque se encuentre en el nivel máximo, la válvula cerrará para no permitir el paso de más agua. En el momento en que el nivel baje, ésta se abrirá nuevamente para llenar el tanque. Las más frecuentes son las de flotador, las cuales, y como su nombre lo indica, cuentan con un flotador instalado como controlador de apertura o cierre de la válvula (véase Figura 9.a). Esta válvula se ubica junto al tanque de almacenamiento como se presenta en la Figura 8. Figura 8. Instalación de una válvula de flotador Fuente: Elaboración propia del autor. Existe otro tipo de válvula para el control de nivel llamada válvula de altitud la cual funciona por medio de un piloto de altitud sobre el cual se indica cual es el nivel máximo y mínimo en el tanque de almacenamiento (véase Figura 9.b). Cuando el tanque llega a su punto máximo, el piloto aumenta la presión en la cámara de presión impidiendo el paso del agua, caso contrario es cuando el nivel en el tanque es el mínimo. Julie Carolina Corredor Santos Página 23

24 Figura 9. Válvulas de control de nivel Montaje de un banco de pruebas didáctico 1 Válvula principal 2 Filtro 3 Válvula de aguja 6 Flotador 1 Válvula principal 2 Filtro 9 Piloto de altitud 15 Válvula de aislamiento a. Válvula flotador b. Válvula altitud Fuente: Adaptado de Valloy, Válvula control de bomba Es una válvula instalada en la línea junto al sistema de bombeo la cual está controlada por una válvula solenoide (eléctrico). Cuando la bomba está en funcionamiento, la válvula mantiene una velocidad constante hacia el sistema y no permite que el flujo cambie de sentido al detenerse la bomba. En la Figura 10 se muestra el diagrama de una válvula control de bomba. Figura 10. Diagrama válvula control de bomba 1 Válvula principal 2 Filtro 10 Piloto de retención 12 Válvula solenoide 15 Válvula de aislamiento Fuente: Adaptado de Valloy, Julie Carolina Corredor Santos Página 24

25 Válvula de alivio Es una válvula instalada en la red para liberar presión cuando sea mayor a la soportada por la red. Es una válvula de protección de los elementos del sistema. Normalmente se encuentra ubicada justo después de un sistema de bombeo. En la Figura 11 se presenta el diagrama de este tipo de válvulas. Figura 11. Diagrama válvula de alivio 1 Válvula principal 2 Filtro 3 Válvula de aguja 4 Manómetro 15 Válvula de aislamiento 35 Piloto de alivio Fuente: Adaptado de Valloy, COMPOSICIÓN Las válvulas de control hidráulico son conformadas por unos elementos básicos para su funcionamiento. Los elementos mínimos que deben componer las válvulas de control hidráulico son: el cuerpo, la cámara de presión, el resorte, el obturador, el asiento, los elementos de estanqueidad y el actuador hidráulico que puede ser de dos tipos (pistón o diafragma). En la Figura 12a se presentan los elementos mínimos que compone una válvula de control hidráulico tipo pistón, mientras que en la Figura 12b se muestra la de tipo diafragma. Julie Carolina Corredor Santos Página 25

26 Figura 12. Composición de una válvula de control hidráulico Entrada a la cámara de presión Cámara de presión Resorte Actuador hidráulico Obturador Asiento a) Válvula tipo pistón Indicador Tapa Bujes Resorte Disco de sujeción de la membrana Vástago Sello principal Bujes Diafragma Disco de retención del sello Asiento Cuerpo b) Válvula tipo diafragma Fuente. Elaboración propia del autor. Existen diferentes normas sobre cómo deben estar compuestas las válvulas de control y de que materiales deben ser las partes que la componen. En el numeral 5.2 se detallan estos aspectos. Julie Carolina Corredor Santos Página 26

27 4.5. PRINCIPIO DE OPERACIÓN Las válvulas de control hidráulico son operadas por dos partes importantes que la conforman y por un principio básico de la física. El actuador hidráulico (diafragma o pistón) y el obturador son dos elementos que están en contacto con las presiones tanto aguas arriba como aguas abajo, generando fuerzas sobre ellos. Cuando la presión en el actuador hidráulico es mayor o igual que la ejercida por el líquido en el obturador, la válvula se cierra (véase Figura 13a); en el caso contrario en que la presión en el actuador hidráulico sea tan baja como para que la fuerza ejercida en el obturador desplace el vástago hacia arriba, la válvula abrirá (véase Figura 13b). Figura 13. Funcionamiento de una válvula hidráulica P1 F1 P1F1 A1 A1 A2 P2 A2 F2 P2 F2 a) Cerrada b) Abierta Fuente: Elaboración propia del autor. Esto funciona gracias al principio de la presión, definida como la fuerza ejercida por unidad de superficie y está descrita por la siguiente fórmula: [Ec. 1] Julie Carolina Corredor Santos Página 27

28 En donde: = Presión del líquido (Pa). = Fuerza ejercida sobra la superficie (N). = Superficie sobre la que se ejerce la fuerza (m 2 ). De lo anteriormente enunciado se deduce que la presión es inversamente proporcional a la superficie sobre la cual éste actúa. El actuador hidráulico (A1) presenta mayor área que el obturador (A2), por lo que este último necesita una presión mayor para desplazarlo, por ende, si la presión del flujo (P2) no es suficientemente grande en comparación a la presión en la cámara de presión (P1) la válvula permanecerá cerrada ya que la fuerza en la cámara de presión (F1) es mayor que la ejercida en el obturador (F2) VÁLVULA PILOTO Las válvulas hidráulicas generalmente están controladas por un piloto sobre el cual se preestablece la condición de flujo deseada y se encarga de mandarle la señal de apertura o cierre a la válvula para cumplir con ese requisito. Es una válvula de diafragma y su funcionamiento se basa en el mismo principio de operación de las válvulas descrito en el numeral 4.5. La condición se establece por medio del tornillo al ajustarlo o desajustarlo, y por el cual se ejerce presión en la cámara de presión del piloto. El piloto presenta un agujero de entrada y uno de salida como se muestra en la Figura 14, los cuales están conectados con la válvula en dos puntos importantes, en un punto a la entrada del flujo y en la cámara de presión de la válvula. Estas conexiones permiten que el piloto conozca la condición del flujo entrante y emita una señal hidráulica a la válvula para cerrarla o abrirla, según esté preestablecida la condición. Existen diferentes tipos de válvulas pilotos las cuales dependen de la función que se desee cumplir, como por ejemplo los reguladores de caudal, reguladores de presión, los Julie Carolina Corredor Santos Página 28

29 de alivio, sostenedores de presión, de altitud, etc. Cada fabricante presenta un diseño diferente los cuales se pueden encontrar en sus respectivos catálogos. Figura 14. Válvula piloto Tornillo Orificio de entrada Orificio de salida Fuente: Adaptación del Catalogo Z-tide NOMENCLATURA DE LAS VÁLVULAS Los dos sistemas de unidades que se utilizan para referirse a las dimensiones y las presiones de las válvulas son el Sistema Inglés y el Sistema Internacional de unidades. En los Cuadro 2 se establecen las diferencias existentes entre estos dos sistemas en relación a las válvulas de control. Cuadro 2. Sistema Inglés Vs. Sistema Internacional de medidas Sistema Internacional Característica Sistema Inglés de Unidades Establecido por Presión (unidad de medida) Presión (Nomenclatura) Diámetro (Unidad de medida) Diámetro (Nomenclatura) ANSI ( American National Standards Institute) psi (pounds per square inch - libra por pulgada cuadrada) Pressure Class (Clase de presión) in (inch - pulgada) ISO (International Standards Organization) kpa (Kilopascales) PN (Presión Nominal) mm (milímetro) NPS (nominal pipe size - DN (Diámetro Nominal) tamaño nominal de la tubería) Fuente: Elaboración propia del autor. Julie Carolina Corredor Santos Página 29

30 Cuadro 3. Sistema Inglés Vs. Sistema Internacional de medidas. Diámetro Tamaño nominal de la Diámetro nominal (DN) tubería (NPS) (Milimetros) (Pulgadas) 1/4 6 1/2 15 3/ / / / Fuente: Adaptado de Skousen, Cuadro 4. Sistema Ingles Vs. Sistema Internacional de medidas. Presiones Clase de presión (psi) Presión nominal (PN) (bar) Fuente: Adaptado de Skousen, SELECCIÓN DE VÁLVULAS DE CONTROL Para elegir una válvula de control hidráulico es necesario tener en cuenta dos aspectos (Valrex S.A., 2011): Julie Carolina Corredor Santos Página 30

31 Óptimo rendimiento de la válvula: Es necesario encontrar el tamaño de la válvula que opere dentro de los límites apropiados de trabajo, es decir, que no opere demasiado abierta en los flujos máximos ni muy cerrada en las condiciones mínimas. Economía: se debe seleccionar una válvula del menor diámetro posible para el sistema con el fin de economizar costos y pérdidas. Con base en lo anterior y para realizar los respectivos cálculos, se deben tener los siguientes datos: Presión a la entrada de la válvula. Presión a la salida de la válvula. Presión de vapor correspondiente a la máxima temperatura de sitio de instalación. Presión atmosférica en el sitio de instalación. Caudal mínimo normal. Caudal máximo normal Factor de Capacidad de la Válvula ( ) Es el factor más común en las válvulas de control hidráulico, definido internacionalmente por la ISA S75.01 y usado generalmente para escoger el tamaño de válvula a utilizar según las condiciones del flujo (presión y caudal). Los fabricantes deben proveer el de cada tipo y tamaño de las válvulas que distribuyan. Para seleccionar una válvula hidráulica para un sistema determinado, se debe calcular el definido en la Ec. 2 -con las condiciones del flujo- y buscar una válvula que presente un mayor o igual al calculado. El está definido como la descarga promedio en galones por minuto (gpm) de una válvula completamente abierta con una caída de presión de 1 libra por pulgada cuadrada (psi) a través de su cuerpo (Valrex S.A., 2011). Julie Carolina Corredor Santos Página 31

32 [Ec. 2] Donde: = Factor de capacidad de la válvula (adimensional). = Caudal (GPM). = Caída de presión (psi). = Gravedad específica del fluido a temperatura específica. (Véase Tabla A.1.) Este factor es determinante para un buen funcionamiento de la válvula. Si se llegase a escoger un menor al calculado, se pueden presentar insuficiencias en la válvula, daños en las bombas aguas abajo o un daño al interior de la válvula. Por el contrario, si el valor es muy grande de lo calculado, no se estarían economizando los costos de la instalación Velocidad del flujo en válvulas de control El cuerpo de la válvula puede presentar erosión por estar expuesto a altas velocidades de flujo. La velocidad de flujo está definida como: [Ec. 3] Donde: = Velocidad del flujo (pies/s). = Caudal del flujo (GPM). = Diámetro de la válvula (pulgadas). Esta velocidad del flujo no puede ser superior a la máxima soportada por el material del cuerpo, por ejemplo, la velocidad máxima del hierro es de 18 pies/s y la del acero es 25 pies/s. Julie Carolina Corredor Santos Página 32

33 Cavitación en válvulas La cavitación en las válvulas hidráulicas es un factor importante para su selección, ya que es un fenómeno físico que puede ocasionar daños en la válvula como ruidos fuertes, erosión de los componentes (véase Figura 15), destrucción de la válvula, fuertes vibraciones, entre otras; las cuales impiden que ésta opere efectivamente y se aumenten los costos del sistema. Figura 15. Daños en un pistón causados por el fenómeno de cavitación Fuente: Adaptado de Shahda, La cavitación ocurre cuando, por causa del estrangulamiento del obturador y al incremento de la velocidad asociada, la presión del fluido disminuye a un valor menor que la presión de vapor de este lo que conlleva a la formación de burbujas de vapor, las cuales al llegar a una zona de alta presión colapsan bruscamente expulsando una gran cantidad de energía y generando unas ondas expansivas a causa de la gran presión (millares de psi), golpeando los elementos que componen la válvula y afectando su funcionamiento (Carlson, 2001). Existen tres factores que influyen para que este fenómeno se presente: la presión de entrada ( ), la caída de presión ( ) y la presión de vapor de agua ( ). En la Figura 16 se presentan tres perfiles que describen gráficamente como es el comportamiento interno de una válvula y en que condición se presenta cavitación. La Julie Carolina Corredor Santos Página 33

34 Presión Presión Presión Montaje de un banco de pruebas didáctico Figura 16a describe la caída de presión del flujo a través de la válvula de control hidráulico, la Figura 16b muestra el perfil en el momento en que ocurre la caída de presión dentro de la válvula (en condición normal) y como se recupera para obtener una presión de salida y la Figura 16c muestra el comportamiento del perfil de las presiones en la caída de presión en condición de cavitación. Figura 16. Perfil de presiones a través de la válvula Entrada a la válvula P1 Salida de la válvula P2 ΔP Distancia a) Caída de presión en la válvula Entrada a la válvula P1 Salida de la válvula P2 Pv ΔP Distancia b) Condición normal Entrada a la válvula P1 Salida de la válvula Pv P2 ΔP Distancia c) Condición de cavitación Fuente: Adaptado de Carlson, Julie Carolina Corredor Santos Página 34

35 Existe un coeficiente de recuperación de la válvula (también puede encontrarse en la literatura como ) el cual determina el punto en que la válvula puede sufrir cavitación. Es definido por el fabricante pero normalmente para las válvulas de globo está entre 0,5 y 0,6. La fórmula de cavitación está dada por: Donde: [Ec. 4] = Máxima caída de presión (psi). = Coeficiente de recuperación de la válvula. Generalmente es 0,5. = Presión de entrada (psi). = Presión de vapor de agua (psia). (Véase Tabla A.1) En la Figura 17 se presenta el diagrama general de cavitación en válvulas de control dependiendo de la temperatura del líquido, la presión de entrada y la caída de presión. Este gráfico puede ser suministrado por los fabricantes de las válvulas dependiendo de los factores y coeficientes que manejen. La zona de cavitación es la que se ubica a la derecha de cada la línea. Figura 17. Diagrama de cavitación de válvulas de control Psi 356 F 320 F 284 F F F 68 F Caída de presión Psi Fuente: Adaptado de Carlson, Julie Carolina Corredor Santos Página 35

36 Si este gráfico no es presentado por el fabricante, se puede calcular el índice de cavitación definido como (Corcho y Duque, 2005): Donde: = Indice de cavitación. = Presión de entrada (psi). = Presion de salida (psi). = Presión atmosferica de la instalación (psi). Presión de vapor correspondiente a la máxima temperatura de sitio de = instalación (psi). (Véase Tabla A.1) = Velocidad del agua a través de la válvula, suministrada por el fabricante. = Gravedad. Este coeficiente da una idea de que valor debe tener la presión de salida del sistema que se desea diseñar. La velocidad es un valor que debe ser suministrado por el fabricante o puede ser calculado con los caudales máximos y mínimos de la válvula Conexiones de válvulas Existen diferentes tipos de conexiones como la roscada, la bridada y la soldada la cual no es muy común encontrar. Conexiones roscadas: Son utilizadas en válvulas de hasta NPS 1,5 (Dn 40). Las conexiones roscadas se dividen en tipo hembra y en tipo macho las cuales se acoplan en la instalación. Las válvulas presentan su conexión tipo hembra mientras que la tubería y/o accesorio es la que presenta la conexión tipo macho, siendo ésta la que se enrosca en la válvula. Los dos tipos están definidos por la NPT (National Pipe Thread). Julie Carolina Corredor Santos Página 36

37 Conexiones bridadas: Las bridas son más sencillas de instalar que las conexiones roscadas y son utilizadas en válvulas de NPS 2 o mayor. Además, son resistentes a altas temperaturas desde 0 a 815 C, pero poseen ciertas limitaciones a medida que incrementa la temperatura. (Skousen, 2004) Las bridas están dimensionadas por la ASME (American Society of Mechanical Engineers) y acreditadas por la ANSI para Estados Unidos, además de la ISO, DIN, AWWA y otros comités de normalización a nivel mundial. El comité ASME B16 tiene la responsabilidad de estandarizar las válvulas, bridas y accesorios de éstas. Se encuentran diferentes dimensiones de bridas dependiendo del material del cual están fabricadas: a. Hierro fundido: norma ANSI/ASME B16.1. b. Acero y Acero Inoxidable: norma ANSI/ASME B16.5. c. Hierro dúctil: norma ANSI/ASME B Existen dos tipos de bridas, las que están integradas en el cuerpo de la válvula al momento de la fundición de esta y las que vienen separadas de este, las cuales son unidas al cuerpo de la válvula por medio de unos anillos. Las bridas integradas tienen una cara plana, la cual asegura un contacto total entre las dos bridas; son utilizadas en válvulas que trabajarán bajas o altas presiones, así como válvulas de bronce y de hierro fundido. También se pueden encontrar en caras levantadas en las que se encuentra un área circular que separa físicamente las dos bridas. En la Figura 18 se presentan los tipos de bridas descritos anteriormente. Julie Carolina Corredor Santos Página 37

38 Figura 18. Tipos de bridas Montaje de un banco de pruebas didáctico a) Cara plana b) Cara levantada c) Brida separable Fuente: Adaptado de Shahda, Existen 4 tipos de bridas establecidas por la ANSI/ASME en función de la presión aplicada a las conexiones (125, 150, 250 y 300) las cuales defines a la vez el material y la cara de la brida. En el Cuadro 5 se presenta está clasificación. Cuadro 5. Clase de presión y material de las bridas CLASE ANSI MATERIAL CARAS 125 Hierro fundido Plana 150 Hierro dúctil, Acero y acero inoxidable Levantada 250 Hierro fundido Plana 300 Hierro dúctil, Acero y acero inoxidable Levantada Fuente: Adaptado de Golden Anderson Industries (LLC), Las clases de presiones cambian de acuerdo con el material de fabricación y de la temperatura de operación. Generalmente la clase representa la presión máxima de trabajo a la temperatura de la presión de vapor saturado. Por ejemplo, una norma ANSI / ASME B16.1 (Hierro fundido) Clase 125 tiene una capacidad de 125 psi a 353 ºF (178,4 C). Con el agua a temperatura ambiente, la presión de trabajo es mayor que la descrita en la clase por la ANSI. Por ejemplo, para bridas de hierro fundido a una temperatura de 37,8 C la presión de trabajo para una ANSI clase 125 es de 200 psi Estas especificaciones se pueden encontrar en las respectivas normas ANSI/ASME de cada material (Golden Anderson Industries (LLC), 2009). Julie Carolina Corredor Santos Página 38

39 4.9. FABRICANTES DE VÁLVULAS DE CONTROL HIDRÁULICO Montaje de un banco de pruebas didáctico Existen diferentes empresas dedicadas a la elaboración de productos para la industria de la hidráulica, lo que resulta de gran importancia presentar las empresas más reconocidas en el sector de las válvulas de control hidráulico. En el Cuadro 6 se presentan las empresas más reconocidas a nivel nacional y mundial. Cuadro 6.Empresas fabricantes de válvulas de control hidráulico EMPRESA DESCRIPCIÓN Helbert y Cia S.A. Empresa colombiana fundada en 1969 la cual se dedica a la fabricación y comercialización de válvulas para agua, vapor y aire. Cuenta con certificación ISO 9001:2008. Distribuidor autorizado de la empresa Bermad CS LTD. Tecval S.A. Empresa colombiana fundada en 1986, sin embargo comenzó con el mercado de las válvulas de control hidráulico piloteadas en Cuenta con representantes en países como Canadá, Estados Unidos, Chile, entre otras. Presenta certificación ISO 9001:2008. Valrex S.A. Empresa fundada hace 25 años enfocada en bombeo, conducción, control y tratamiento de aguas, entre otras. Posee proyectos en Colombia, Ecuador, Panamá, Venezuela y el Caribe. En esta empresa se emplean los pilotos y configuraciones de control de las válvulas Watts. Presenta 3 modelos de válvulas de control piloteadas que dependen de la función que deba cumplir la válvula. Julie Carolina Corredor Santos Página 39

40 EMPRESA Bermad CS LTD. DESCRIPCIÓN Empresa constituida en Israel que cuenta con fábricas en todos los continentes y una amplia gama de distribuidores alrededor del mundo. Lleva 45 años en la industria donde sus productos están diseñados para satisfacer problemas de sistemas de riego, obras hidráulicas y protección contra incendios. Está certificado por importantes instituciones de certificación. Watts Water Technologies, Inc. Fundada en 1874 en Estados Unidos. Cuenta con una alta gama de distribuidores y empresas asociadas en Europa, Asia África y América. Sus productos operan para satisfacer las necesidades del control del agua que se utiliza en aplicaciones comerciales, residenciales, industriales y municipales. Dorot Management Control Valves LTD. Empresa fundada en 1946 en Israel, la cual se especializa en fabricar válvulas de control hidráulico para sistemas de control de agua como abastecimiento de agua, redes de distribución, protección contra incendios, minería, centrales eléctricas y sistemas de riego. Cuenta con distribuidores en los 5 continentes en donde brinda consultoría, asistencia técnica y programas de capacitación. Posee varias certificaciones. VALLOY - Indústria e Comércio de Válvulas e Acessórios LTDA. Empresa brasilera fundada en 1994, su objetivo principal es la fabricación y fortalecimiento de diversos tipos de válvulas y equipos, atendiendo varios segmentos del mercado. Cuanta con un sistema de pintura electrostática que garantiza una larga vida en sus productos. Julie Carolina Corredor Santos Página 40

41 EMPRESA Golden Anderson Industries, LLC. DESCRIPCIÓN Empresa fundada en Pittsburgh, Pensilvania, USA en 1895 la cual fabrica válvulas para suplir las necesidades del abastecimiento de agua (municipal, industrial y comercial) y las aguas residuales. Cuenta con 2 plantas en Pensilvania y con distribuidores y proyectos alrededor del mundo. Darling Muesco (India) Pvt. Ltd. Empresa fundada en 1987 en India. Maneja soluciones para la industria del petróleo, abastecimiento de combustible para aviones, distribución de gas, sistemas de protección de incendios, sistemas de abastecimiento e irrigación. Cuenta con certificación ISO 9001:2000. Tiene clientes a nivel mundial en países como Estados Unidos, Inglaterra, Taiwan, Iran, entre otros. Z-tide. Empresa fundada en Taiwán desde hace 20 años. Fabrica válvulas de control hidráulico de acción directa y pilotada, además de otros productos para la solución de problemas de sistemas de abastecimiento de agua, sistema de protección contra incendios y sistemas de procesamiento. Ross Valve Manufacturing Co., Inc. Compañía fundada en 1879 en USA comenzando con la fabricación de válvulas de control automático. Su línea de productos está diseñada para satisfacer las necesidades de abastecimiento de agua, agua residual, industrial y sistemas contra incendio. Posee certificación ISO 9001: Fuente: Elaboración propia del autor. Julie Carolina Corredor Santos Página 41

42 5. VÁLVULAS REGULADORAS DE PRESIÓN 5.1. CRITERIOS DE SELECCIÓN DE LA VÁLVULA Se deben tener en cuenta dos aspectos importantes para la selección de una válvula reductora de presión. El primero es la cavitación que pueda experimentar la válvula y el segundo es el caudal mínimo y máximo que puede soportar la válvula para un desempeño apropiado. Para que una válvula reguladora de presión trabaje sin problemas es necesario que la pérdida de presiones (entrada y salida) se ubique en la zona de trabajo de los gráficos típicos para este fin. Figura 19. Gráfico de cavitación Presión de entrada Psi Presión de salida Psi Fuente: Adaptado de Valrex S.A., Las válvulas presentan un rango de caudales dependiendo su tamaño. Se debe verificar que el rango de caudales esté dentro de los límites establecidos para cada diámetro. Estos valores son definidos por cada fabricante. Las válvulas reductoras de presión se pueden instalar de tres maneras: solas, en paralelo o en serie dependiendo de las presiones y caudales que se requiera en cada caso. Julie Carolina Corredor Santos Página 42

43 Una sola válvula: Cuando la caída de presión es verificada en el gráfico de cavitación dando el punto en la zona de trabajo y los caudales que se van a trabajar pertenezcan dentro del rango de caudales determinados por el diámetro de la válvula. Figura 20. Instalación de una sola válvula Fuente: Elaboración propia del autor. Instalación serie: Se utiliza cuando la caida de presión de una válvula se ubica dentro de la zona de cavitación del gráfico. De esta manera se puede determinar dos válvulas de igual tamaño para que controlen la caida de presión Figura 21. Instalación de válvulas en serie Fuente: Elaboración propia del autor. Instalación en paralelo: Son utilizadas cuando el caudal que se desea pasar por la válvula es mayor al que se especifica para ese diámetro. Se escogen dos válvulas que trabajen en conjunto para satisfacer el caudal requerido en vez de una válvula de mayor tamaño. Figura 22. Instalación de válvulas en paralelo Fuente: Elaboración propia del autor NORMATIVIDAD Como norma general para Colombia se encuentra el RAS 2000, titulo B Sistemas de acueducto, en donde se especifican requisitos generales sobre las válvulas reguladoras Julie Carolina Corredor Santos Página 43

44 de presión y su estación. En el numeral B de esta norma, se especifican los requerimientos mínimos de las válvulas reguladoras de presión como se especifica en el cuadro Cuadro 7. Requerimientos válvulas reguladoras de presión según RAS GENERALIDADES REQUERIMIENTOS 1. Las válvulas reguladoras de presión deben producir una pérdida de cabeza predeterminada, con el fin de controlar la presión, manteniéndola constante, independientemente del caudal que pasa a través de ellas. En las uniones de la red secundaria con la red matriz, cuando la presión estática de la red supere el valor máximo especificado en el literal B , debe instalarse una válvula reguladora de presión. El diámetro de esta válvula debe determinarse de acuerdo con el caudal máximo horario (QMH) para la zona. Las válvulas reguladoras de presión deben cumplir con los siguientes requisitos: 2. Todas las válvulas reguladoras de presión deben ir acompañadas de válvulas de cierre que permitan el rápido monte y desmonte con fines de mantenimiento y/o cambio. 3. Para el nivel de complejidad del servicio alto se recomienda el uso de válvulas reguladoras de presión instaladas en bifurcaciones de la línea, con el fin de permitir el funcionamiento de la instalación en caso de avería y/o mantenimiento de una de ellas, con las correspondientes válvulas de cierre, filtros, manómetros, etc. 4. Las válvulas reguladoras de presión deben estar localizadas en cámaras que permitan un acceso adecuado para las labores de montaje, operación y mantenimiento. 5. Estas válvulas deben ser completas, con todos los accesorios necesarios para su correcto funcionamiento, y deben estar provistas de un indicador del grado de apertura. 6. Las válvulas reguladoras de presión deben soportar presión por ambos lados (aguas abajo y aguas arriba) simultáneamente o sólo por uno de ellos. Exteriormente, el cuerpo de la válvula debe tenerse grabada una flecha que indique la dirección del flujo. 7. En todos los casos, las válvulas reguladoras de presión deben cerrarse automáticamente al ocurrir un daño en los diafragmas. Fuente: Adaptado de RAS 2000 titulo B, Julie Carolina Corredor Santos Página 44

45 Existen algunas normas, nacionales e internacionales, que regulan como deben estar diseñadas las válvulas de control, sin embargo para efectos de este trabajo se expondrá la norma que rige para la ciudad de Bogotá debido a que el laboratorio de hidráulica de la Pontificia Universidad Javeriana se encuentra localizado en esta ciudad. Los requisitos de las válvulas de control hidráulico utilizado en el sistema de acueducto de Bogotá está regida por la norma técnica NP-016: Válvulas de control hidráulico. En esta norma se enfatiza en la válvula de control hidráulico que será instalada en la estación reductora de presión. A continuación se describen los requisitos que deben cumplir las válvulas reductoras de presión para un buen funcionamiento dentro de la estación de acuerdo con esta norma Cuerpo y elementos internos Puede ser de tipo globo o de tipo Y con vástago vertical o inclinado como se describió en la Figura 3. Debe ser bridado y debe tener una tapa para formar dos cámaras separadas por un diafragma. Debe tener un recubrimiento epóxico termoaplicado de color azul que cumpla con los requerimientos de las normas AWWA C550 y DIN Debe tener un indicador de posición de apertura en donde se especifique el grado de apertura de la válvula y debe tener por lo menos para el 25%, 50%, 75% o 100% de apertura o cierre de la válvula. Este debe ser de acero inoxidable AISI 303/304 o 316 según norma ASTM A276 o en X 5 Cr Ni 18 9 o X Cr Ni Mo según norma DIN EN El diafragma es el actuador hidráulico que cierra o abre la válvula dependiendo de la situación. El eje debe ser guiado por lo menos con dos bujes alojados en la tapa y en la parte inferior del cuerpo para certificar la verticalidad de éste. En la Figura 12b y el Cuadro 8 se muestran cómo debe estar compuesta la válvula de control hidráulico. Julie Carolina Corredor Santos Página 45

46 Cuadro 8. Materiales de las partes de la válvula Elemento Material Especificación Hierro dúctil clase o ASTM A536 Cuerpo y tapa GGG-40 DIN EN 1563 Acero Inoxidable AISI 302 ASTM A276 X 15 Cr Ni 18 9 DIN EN Resorte Diafragma Vástago Asiento Disco de sujeción de membrana Sello principal Disco de retención del sello principal Bujes que guían el vástago Elementos de estanqueidad Sistema de control Acero inoxidable AISI 302 X 15 Cr Ni 18 9 Compuestos de caucho a base de nitrilo, etileno propileno dieno, vitón o otra combinación Acero Inoxidable AISI 303/304/316 X 5 Cr RESVNi 18 9 o X Cr Ni Mo Acero Inoxidable AISI 303/304/316 X 5 Cr Ni 18 9 o X Cr Ni Mo Acero Inoxidable AISI 304 X 15 Cr Ni 18 9 Hierro Dúctil clase GGG-40 Hierro fundido gris clase 20 Buna N (nitrilo) caucho natural, EPDM o vitón. Acero Inoxidable AISI 304 X 5 Cr Ni 18 9 Bronce C83600 Acero Inoxidable AISI 304 Caucho Buna N (nitrilo) Fuente: Adaptado de la NP-016 ASTM A276 DIN EN ASTM D429 ASTM A276 DIN EN ASTM A276 DIN EN ASTM A276 DIN EN ASTM A536 DIN EN 1563 ASTM A48 ASTM D429 ASTM A276 DIN EN ASTM B584 ASTM A276 ASTM D429 La válvula reductora de presión es controlada por un piloto externo el cual se conecta a la válvula por medio de un sistema de control. Este sistema de control debe estar compuesto por lo menos de los siguientes elementos: Válvula aisladora del sistema de control. Son importantes para cuando se realicen cambios en el sistema de control o mantenimientos. Deben estar ubicadas a la entrada del cuerpo de la válvula principal, en la cámara con presión aguas arriba, como a la salida del cuerpo de la válvula principal, en la cámara con presión aguas Julie Carolina Corredor Santos Página 46

47 abajo. Son de operación manual, de tipo registro de bola con rosca NPT y deben soportar presiones de mínimo 150 psi. Figura 23. Válvula de aislamiento del sistema de control Fuente: Adaptado de Tecval S.A., 2011 Filtro. Debe ser de fácil verificación que evite su obstrucción o la de la tubería. Debe estar por fuera del cuerpo de la válvula y debe poderse cambiar fácilmente al cerrar las válvulas aisladoras del sistema de control. La cáscara debe estar fabricada para resistir presiones mínimas de 150 psi y en alguno de los siguientes materiales: Acero inoxidable AISI 304 según norma ASTM A276. X 15 Cr Ni 18 9 según norma DIN EN Bronce C83600 según norma ASTM B584. La malla debe estar fabricada en alguno de estos materiales: Acero inoxidable AISI 304 según norma ASTM A276. X 15 Cr Ni 18 9 según norma DIN EN Figura 24. Filtro del sistema de control Fuente: Adaptado de Tecval S.A., 2011 Julie Carolina Corredor Santos Página 47

48 Válvula de aguja. Es un mecanismo que controla la velocidad de cierre de la válvula. Debe instalarse aguas arriba del piloto en el sistema de control, o estar incorporada en él. Debe tener rosca NPT y fabricarse es alguno de los siguientes materiales: Bronce C84400 según norma ASTM B584. Acero inoxidable AISI 303 según norma ASTM A276. Figura 25. Válvula de aguja del sistema de control Fuente: Adaptado de Tecval S.A., 2011 Válvula piloto. Es la que vigila la presión del sistema, y opera para cerrar o abrir la válvula en un momento determinado. Las partes internas del cuerpo deben ser de acero inoxidable AISI 303 y el cuerpo debe ser de alguno de estos materiales: Bronce C84400 según norma ASTM B584. Bronce según norma ASTM B62. Acero inoxidable AISI 303 según norma ASTM A276. Aluminio 356T6 según norma ASTM B26. El resorte debe ser de acero inoxidable AISI 304 según norma ASTM A276 o de X 15 Cr Ni 18 9 según norma DIN EN Los elastómeros pueden ser de nitrilo, caucho natural, EPDM o vitón. Tuberías y accesorios de conexión del sistema de control. Son acoples metálicos y mangueras en material flexible resistentes a la corrosión y a las presiones de trabajo. Julie Carolina Corredor Santos Página 48

49 Los racores utilizados para las conexiones deben tener roscas de tipo NPT y deben ser de alguno de estos materiales: Acero inoxidable AISI 304/303 según norma ASTM A276. X 15 Cr Ni 18 9 según norma DIN EN Bronce C84400 según norma ASTM B584. Bronce según norma ASTM B62. En la Figura 26 se presenta un esquema general de los elementos que componen al sistema de control de una válvula de control hidráulico descritos anteriormente. Figura 26. Elementos del sistema de control. Filtro Válvula aisladora Válvula de aguja Válvula piloto Válvula aisladora Fuente: Elaboración propia del autor. Julie Carolina Corredor Santos Página 49

50 6. ESTACIONES REDUCTORAS DE PRESIÓN Montaje de un banco de pruebas didáctico 6.1. NORMATIVIDAD En Bogotá el documento que rige para la construcción de las estaciones reductoras de presión es una norma técnica de la empresa de acueducto y alcantarillado de Bogotá EAAB, titulada Diseño de estaciones reductoras de presión para las redes de distribución de acueductos (NS-052) Definición La estación reductora de presión está definida en la NS-052 como una estructura de control de presión hidrostática, compuesta por partes de obra civil (cámara) y partes de obra metalmecánica e hidráulica, cuya función es suministrar el servicio de agua a una zona determinada de consumo, con un nivel de presión definido y que está dentro del rango de presiones con las cuales el ACUEDUCTO DE BOGOTÁ contractualmente presta el servicio de agua potable, sin importar el nivel mayor de presiones con que el agua entra o llega a la estación reductora de presión, en otras palabras, ésta estación está diseñada, con unas especificaciones, para controlar la presión aguas abajo del sistema para poder distribuir sin problemas agua de un lugar a otro Requisitos generales Esta estación debe estar diseñada cumpliendo los siguientes requisitos: 1. Debe soportar fenómenos físicos que se puedan presentar como acumulación de aire, trasporte de sedimentos y materiales pétreos. 2. Se debe poder realizar mantenimiento preventivo o correctivo a la estación sin que se suspenda el servicio. 3. Debe tener un fácil acceso al interior para realizar los mantenimientos respectivos. Julie Carolina Corredor Santos Página 50

51 Composición Las estaciones reductoras de presión deben están compuestas por: Una cámara de concreto reforzado e impermeabilizado. Pasamuros. Dos válvulas de guarda por cada línea de la red que contenga una válvula reductora de presión. Una o más válvulas reductoras de presión. Un filtro aguas arriba de la válvula reductora de presión. Uniones de desmontaje. Dos ventosas (Una aguas arriba y otra aguas abajo de la válvula reductora de presión). Un by-pass. Dos tomas de presión con mangueras y un manómetro en cada una de ellas, y una caja metálica para contener los manómetros Diseño de la estación reductora de presión Se debe instalar una tapa circular de acceso de concreto y además una tapa válvula embebida por cada válvula de guarda que haya dentro de la estación. Todas las tapas deben ser diseñadas e instaladas según la norma NP-013, Tapas para acueducto. Deben ser construidas a nivel y con la misma inclinación de la rasante de la vía o del sardinel, según aplique el caso. Debe ser ubicada dentro de una cámara de concreto y la red de la tubería debe estar centrada longitudinalmente respecto a ésta. Las paredes de la cámara deben ser construidas en concreto reforzado de psi y con una base de psi de mínimo 5 cm de espesor con un polietileno instalado por debajo de esta; todo debidamente impermeabilizado. El área interna de la cámara varía de acuerdo con el diámetro de la válvula reductora de presión que utilice en la estación. Las medidas están dentro de un rango de 1,65 m a 1,80 m de ancho y 2,45 m a 3,35 m de largo. En la NS-052 se Julie Carolina Corredor Santos Página 51

52 encuentran estas especificaciones. La red de tubería debe estar entre 0,60 m a 1,0 m de distancia respecto al piso de la cámara y entre el exterior de la tubería de la línea que contenga la válvula y las paredes de la cámara no deben ser menor de 0,20 m de distancia. Existen estaciones que cuentan con una sola válvula reductora de presión y otras con varias de estas, dependiendo de los requerimientos del sistema. La estación debe contar con un by-pass para los mantenimientos de la válvula, y la estación en general, sin que se afecte el servicio de ésta. Dependiendo de cómo sea la estación, se cuenta con especificaciones para su diseño e instalación, tal como se describe en el Cuadro 9. Cuadro 9. Caracteristicas del by-pass para estaciones de una o varias válvulas. Una válvula Válvulas en paralelo El by-pass debe ser de menor diámetro que la línea de la válvula. Debe instalarse iniciando desde aguas arriba de la válvula de guarda inicial de la válvula reguladora de presión y finalizando aguas abajo de la válvula de guarda al final de la línea. En el recorrido debe tener una válvula de globo y dos válvulas de cortina a cada lado de la válvula de globo, con una unión dresser para desmontaje. En este caso en que se instalen dos válvulas reductoras de presión en dos líneas en paralelo, puede haber la alternativa de construirse o no un by-pass, según el diseño para el caudal mínimo nocturno. Fuente: Elaboración propia del autor. La estación debe contar con un soporte o apoyo del elemento llamado pasamuros el cual funciona como reductor de diámetro, pasamuro y acople para la línea de la estación. Debe estar embebido dentro de los muros de concreto y debe tener una platina soldada en el tubo de mayor diámetro para resistir los esfuerzos de tensión creados por la presión hidrostática. Debe estar fabricada en acero para soportar presiones hidrostáticas entre 125 psi y 150 psi. Debe tener nipples tanto para la tubería de mayor como para la de menor diámetro. En el extremo de la tubería de mayor diámetro, el nipple debe ser liso para unir con la tubería existente con una unión tipo dresser, multiuso o similar. En el otro extremo, después de la reducción que debe ser excéntrica, debe tener una brida, un nipple con una salida superior bridada o roscada para la ventosa y salida lateral bridada para el by-pass. Julie Carolina Corredor Santos Página 52

53 Las líneas que contengan una válvula reductora de presión deben estar conformadas por los siguientes elementos: Válvula de guarda inicial y final: Debe cumplir con los requisitos establecidos en la Norma técnica NP-026: Válvulas de compuerta, con excepción de que los extremos deben ser bridados, debe estar compuesta de sello elástico, cuerpo de hierro dúctil, presión de servicio entre 150 psi y 200 psi, vástago de acero forjado no ascendente. Filtro: De clase 125, bridas ANSI B16.1, unidad filtrante tamiz 20 de acero inoxidable, cuerpo de hierro dúctil y con un registro de bola para realizar mantenimiento. Válvula reductora de presión: debe cumplir los requisitos de la norma técnica NP- 016: Válvulas de control hidráulico, de la cual se mencionaron los aspectos relevantes en el capitulo anterior. En la red de entrada y en la red de salida debe haber una válvula ventosa (que debe cumplir con los requisitos de la Norma técnica NP-046: Válvulas ventosas) y una toma de presiones compuesta por un registro de bola de ½, una manguera flexible de polietileno de un diámetro inferior a ½ y un manómetro indicador de presión. En la Figura 27 se presenta el plano en planta y en corte de la estación reductora de presión exigida por la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá, diseñada para instalarse en la red de abastecimiento. Julie Carolina Corredor Santos Página 53

54 Figura 27. Estación reductora de presión. Montaje de un banco de pruebas didáctico Planta Corte A - A Fuente: Adaptado de la Norma técnica NS-052. EAAB Julie Carolina Corredor Santos Página 54

55 Selección del diámetro de la válvula reductora de presión Montaje de un banco de pruebas didáctico Como se especifica en la norma NS-052, se debe instalar una válvula reductora de presión por cada 35 metros a 50 metros de diferencia de altura topográfica. La presión que se desee reducir en la estación no puede ser mayor a 2/3 del valor de la presión aguas arriba. Si se necesita reducir una presión mayor a esta, se deben instalar válvulas reductoras de presión en serie. Si se conocen los datos de los consumos máximos proyectados y/o existentes que se va a distribuir por la red, se puede conocer el diámetro de la válvula, sino se conocen, el diámetro de la válvula será el diámetro inmediatamente anterior comercial al de la red de distribución. Así por ejemplo, si se tiene una red de 4, la válvula reductora de presión deberá ser de 3. Nunca será menor a 3 o mayor a 6. Si se requiere grandes caudales de paso, se deben instalar válvulas en paralelo con posibles combinaciones de diámetros. Julie Carolina Corredor Santos Página 55

56 7. BANCO DE PRUEBAS Montaje de un banco de pruebas didáctico Como se determinó en el capítulo 6, las estaciones reductoras de presión deben tener unos elementos mínimos como la válvula ventosa, válvulas de guarda, válvula reductora de presión, filtro, uniones, pasamuros, un by-pass, dos tomas de presión y el sistema debe estar dentro una cámara de concreto. El banco de pruebas a instalar en el laboratorio será de una sola válvula y tendrán algunas diferencias con las estaciones reguladoras de presión descritas en la norma NS- 052 del EAAB. Por falta de espacio en el laboratorio de hidráulica el montaje se realizará sobre la pared del canal existente como se muestra en la Figura 28 y no se hará el montaje del by-pass. Ya que la estación reguladora de caudal no estará dentro de una cámara de concreto, no se colocarán los pasamuros. Las uniones de desmontaje tampoco se instalarán ya que los elementos del banco de pruebas serán de fácil desmontaje con las bridas con las que se acoplan al sistema. La ubicación de las válvulas de guarda no será como especifica la norma y no serán bridadas. Con lo anterior, la estación reguladora llevará una ventosa, un filtro, una válvula reguladora de presión y válvulas de guarda. Además, se instalará un medidor de caudal para poder realizar las pruebas de laboratorio. La válvula hidráulica no contará con el sistema de control. Como se puede ver, las especificaciones descritas por la norma difieren con la construcción de este banco, sin embargo se cumplen con los objetivos del banco que se quiere construir. Julie Carolina Corredor Santos Página 56

57 Figura 28. Ubicación del banco de pruebas a construir con adaptaciones requeridas. DERIVACIÓN 3 VÁLVULA A REUBICAR DERIVACIÓN 2 UBICACIÓN DEL BANCO DE PRUEBAS Fuente: Elaboración propia del autor DISEÑO INICIAL Se ha diseñado un primer bosquejo del banco de pruebas para determinar la ubicación de éste, el tipo y la cantidad de materiales necesarios, dadas las características del laboratorio de hidráulica de la universidad. El sistema montado será surtido por dos fuentes de agua, de las cuales se debe derivar el flujo hacia el banco de pruebas. Estos son: i) Un tanque de almacenamiento de 12 m.c.a. el cual surte una red de 3. ii) Una bomba la cual surte una red de 2. No se conoce su curva al ser un modelo antiguo, por ende no se conocen sus especificaciones. Se encuentra ubicada en el banco de pruebas de bombas. Por esta razón, se necesita hacer un ajuste a los montajes de tuberías existentes los cuales se explican a continuación: Julie Carolina Corredor Santos Página 57

58 i) Para la derivación de la línea del tanque de 3, se debe desinstalar el sistema existente entre la válvula de compuerta y la brida (nipple y codo de 90) y se debe instalar una Tee de 3 en donde se encuentra el codo de 90. Para realizar la reducción a 2, en la Tee se debe instalar un buje de 3 a 2. ii) En la derivación de 2, se debe instalar una Tee de 2 como se muestra en la foto. Además, se debe reubicar la válvula de globo que se encuentra en esta línea para asegurar que el trayecto del flujo sea hacia el banco de pruebas y no hacia la otra línea existe. Con esta información, se realizó el bosquejo del banco de pruebas en el laboratorio de hidráulica de la Pontificia Universidad Javeriana el cual se presenta en la Figura 29. Figura 29. Bosquejo del montaje del banco de pruebas DE TANQUE 3 CONVENCIONES CODO DE BOMBA 2 SEMICODO TEE BUJE REGISTRO BOLA VENTOSA FILTRO Fuente: Elaboración propia del autor. MEDIDOR VÁLVULA DE CONTROL HIDRÁULICO Con este bosquejo se pueden determinar los accesorios y demás accesorios que se necesitan para instalar el banco de pruebas (véase Cuadro 10). Julie Carolina Corredor Santos Página 58

59 Cuadro 10. Materiales necesarios para el montaje. ACCESORIO DIÁMETRO UNIDAD CANTIDAD Tee PVC 3 Un 1 Tee PVC 2 Un 3 Codo 90 PVC 2 Un 3 Semicodo PVC 2 Un 2 Buje PVC 3 a 2 Un 1 Adaptador macho PVC 2 Un 5 Adaptador macho PVC 3 Un 2 Unión PVC 2 Un 2 Tubería PVC 2 Ml 10 Brida para soldar PVC 2 Un 6 Empaque para Brida 2 Un 6 Collar PVC 2 x ½ Un 1 Buje galvanizado ½ x ¼ Un 1 Medidor 2 Un 1 Filtro yee 2 Un 1 Ventosa 2 Un 1 Válvula de control hidráulico 2 Un 1 Soldadura PVC Gl 1 Limpiador PVC Gl 1 Cinta teflón Rollo 1 Tornillo para brida 5/8" Un 24 Arandela para brida 5/8" Un 24 Tuerca para brida 5/8" Un 24 Fuente: Elaboración propia del autor CARACTERÍSTICAS GENERALES En este numeral se presentarán los elementos que componen la estación reductora de presión del banco de pruebas. Los catálogos de los fabricantes de cada elemento se presentan en el Anexo B Válvula reductora de presión La válvula reductora de presión es marca Z-Tide, donada por FF Soluciones S.A. y tiene las siguientes características: Material cuerpo: Hierro fundido. Julie Carolina Corredor Santos Página 59

60 Tipo BFR-50. Conexión: Brida ANSI B16.1. Tamaño: DN 50 (NPS 2 ). Rango de ajuste de la presión de 1-7 kgf/cm 2 ( psi). Peso: 12 kg. CV: 75. Presión de trabajo: 16 kgf/cm 2 (aproximadamente 200 psi) Montaje de un banco de pruebas didáctico Utilizada para controlar la presión del sistema aguas abajo, sin importar la presión aguas arriba, con el fin de prevenir daños en la tubería debido a la alta y variada presión que se presenta en los conductos cerrados. La válvula principal es controlada por un piloto (válvula pequeña) el cual se calibra la presión de salida que se desea para el sistema (véase Figura 30). La válvula modulará la presión de entada cuando ésta sea diferente a la preestablecida por el piloto, cerrando cuando es mayor o abriendo cuando es menor. Figura 30. Funcionamiento válvula reguladora de presión. a) Válvula b) Válvula cerrada c) válvula abierta Fuente: Adaptado del Catalogo Z-Tide. Julie Carolina Corredor Santos Página 60

61 Estructura La válvula hidráulica Z-Tide es de tipo pistón compuesta por varios elementos internos que trabajan conjuntamente para controlar el flujo en su condición deseada. En la Figura 31 se muestra los elementos que componen este tipo de válvula. Figura 31. Composición de la válvula de control hidráulico Z-Tide Cuerpo Orificio de entrada Controlador Orificio de salida Anillo U Cámara de presión Perno del cilindro Cilindro Guía de entrada del agujero Sello Asiento Anillo O Vástago Fuente: Adaptado del Catálogo Z-tide El cuerpo de las válvulas se puede encontrar en hierro fundido, hierro dúctil, bronce o acero inoxidable según el pedido que se realice. Los materiales de los elementos que la componen dependen del material del cuerpo. En el Cuadro 11 se relacionan los materiales de las piezas de la válvula dependiendo del material del cuerpo y en el Cuadro 12 las presiones máximas a las que pueden trabajar cada uno de estos. La válvula con la que cuenta el banco de pruebas instalado es una válvula con cuerpo en hierro fundido. Julie Carolina Corredor Santos Página 61

62 Artículo Cuadro 11. Materiales de la válvula Z-Tide Material Montaje de un banco de pruebas didáctico Cuerpo Hierro Bronce Acero Inoxidable Fundido/Dúctil Perno del cilindro Latón Latón Acero Inoxidable Anillo en O NBR NBR NBR/ Vitón Cilindro Bronce Bronce Acero Inoxidable Resorte Acero Acero Acero Inoxidable Inoxidable Inoxidable Anillo en U NBR NBR NBR/ Vitón Pistón Bronce Bronce Acero Inoxidable Sello NBR NBR NBR/ Vitón Asiento Bronce Bronce Acero Inoxidable Vástago Bronce Bronce Acero Inoxidable Controlador Latón Latón Acero Inoxidable Fuente: Adaptado del Catálogo Z-tide Cuadro 12. Presiones de trabajo de la válvula Z-Tide Material Presión de trabajo Kg/cm 2 Acero Inoxidable 25 Hierro Dúctil 20 Bronce 16 Hierro Fundido 16 Fuente: Adaptado del Catálogo Z-tide Otras Aplicaciones Las válvulas de control hidráulico de Z-Tide son válvulas multifuncionales, es decir, un solo cuerpo funciona para trabajar de deferentes formas según el piloto instalado. Pueden funcionar adecuadamente como válvula reguladora de presión, válvula de flotador, válvula de alivio de presión, válvula sostenedora de presión y válvula a solenoide dependiendo del piloto que se le instale. En el Cuadro 13, se describe la aplicabilidad de esta válvula en sus diferentes adaptaciones. Julie Carolina Corredor Santos Página 62

63 Cuadro 13. Descripción de las aplicaciones de la válvula Z-Tide. Tipo válvula Figura Generalidades Flotador Se utiliza cuando se desea controlar el nivel de agua en un tanque, controlada por un flotador. Se debe instalar la válvula en un tanque con un nivel máximo establecido por el flotador. Alivio de presión Es utilizada para aliviar la presión de la tubería cuando la bomba deja de funcionar y así evitar daños en el sistema. Se debe instalar en la tubería de salida de suministro de agua, después de la bomba. Sostenedora de presión Es utilizada para mantener una adecuada presión de trabajo en el sistema aguas abajo. Solenoide Es una válvula controlada eléctricamente para que trabaje como válvula de aislamiento (como la de compuerta, mariposa y/o bola). Se instala cuando no se pueden manipular manualmente las válvulas de aislamiento. Fuente: Adaptado del catalogo Z-Tide Filtro Yee. Fabricado por Metacol Metalurgica Construcel Colombia S.A. y donado por la misma empresa. Su función es retener todas las impurezas que puedan contener el agua, tales como palos, plumas, piedras, etc. con el fin de optimizar la operación de la válvula y la vida útil de los equipos que se encuentran aguas abajo de ésta (véase Figura 32). Julie Carolina Corredor Santos Página 63

64 Figura 32. Filtro Yee Metacol Montaje de un banco de pruebas didáctico Cuerpo Unidad filtrante Empaque Tornillo Tapa Válvula de bola a) Filtro b) Partes del filtro Fuente: Adaptado del Catálogo Metacol. Las características de éste son: Material cuerpo: Hierro dúctil. Material unidad filtrante: Acero inoxidable. Conexión: Brida ANSI B16.1. Tamaño: DN 50 (NPS 2 ). Presión de trabajo: 200PSI Revestimiento: Pintura epóxico azul (norma AWWA C-550) Válvula ventosa También conocida como válvula de admisión y expulsión de aire. Fabricado por Metacol Metalurgica Construcel Colombia S.A. y donado por la misma empresa. Permite la admisión o expulsión del aire en las tuberías actuando de manera automática. Su propósito es evitar que se presente aire dentro de la columna de agua de la red lo cual podría perjudicar los elementos aguas abajo de la ventosa. Además, permite la entrada de aire cuando la red se desocupa para evitar presiones inferiores a las atmosféricas. Las características de ésta son: Material cuerpo: Hierro Nodular. Conexión: Rosca hembra NPT. Julie Carolina Corredor Santos Página 64

65 Tamaño: DN 50 (NPS 2 ). Presión de trabajo: 200 psi. Revestimiento: Pintura epóxico azul (norma AWWA C-550). Montaje de un banco de pruebas didáctico Medidor de caudal Macromedidor tipo Woltmann fabricado por ControlAgua, ff soluciones S.A y donado por la misma empresa. Su función es medir el volumen de agua que pasa por el sistema para poder determinar el caudal respectivo. Fabricado según norma NTC Sus características son: Material cuerpo: Hierro. Conexión: Brida. Tamaño: DN 50 (NPS 2 ). Presión de trabajo: 16 PN (150 psi) Revestimiento: Pintura epóxico azul. Qmax: 90 m 3 /h (25 l/s) Qmin: 0.35 m 3 /h (0.10 l/s) Tubería Tubería PVC presión (Policloruro de Vinilo) fabricada por PAVCO S.A. y diseñada para transportar agua para consumo humano a presión. Son fabricados bajo la norma NTC 382 -Tubos de Policloruro de Vinilo (PVC) clasificados según la presión (serie RDE). Las propiedades de las tuberías en PVC son resistencia a la corrosión, resistencia a la electrólisis, resistencia mecánica, livianas, baja conductividad térmica, no comunica olor ni sabor, entre otras. Julie Carolina Corredor Santos Página 65

66 Las características de éste son: Material: PVC (Policloruro de Vinilo) Tamaño: 2 RDE: 26 Presión de trabajo: kg/cm 2 (160 psi) Accesorios Fabricados por PAVCO S.A. en PVC (Policloruro de Vinilo) según las normas NTC Accesorios de Policloruro de Vinilo (PVC) Schedule 40- y NTC 576 para la soldadura COMPROBACIÓN HIDRÁULICA Como se determinó en capitulo 4.8 la válvula de control hidráulico se selecciona teniendo los parámetros del flujo (caudal y presiones). En este caso, se cuenta con la válvula de control hidráulico y se deben determinar las características del flujo para su buen funcionamiento. Primero, se determina el caudal máximo soportado por la válvula de control teniendo en cuenta la velocidad máxima [Ec. 3.4] expresada en la para el material de la válvula. Julie Carolina Corredor Santos Página 66

67 El caudal máximo que debe pasar por la válvula es de GPM, es decir, l/s. El de la válvula ya está definido por el fabricante como 75. La válvula podrá modular variando su presión y su caudal, pero en ningún caso el definido en la Ec. 3.2 debe ser mayor al establecido por el fabricante. Otro parámetro importante a determinar es la presión tanto en la entrada como en la salida (o caída de presión) que puede soportar la válvula sin que se presente el fenómeno de cavitación. Para ello se emplea el gráfico de cavitación de la válvula a instalar y así poder tener la referencia de la caída máxima que puede soportar. Según la especificación de la válvula, el rango de ajuste de presión está entre 1 y 7 kg/cm 2 o entre 14,2 y 99,4 psi. En la Figura 33 se presenta el grafico correspondiente a la válvula empleada en donde se muestra la zona de cavitación, la zona físicamente imposible y la zona de trabajo de la válvula sobre la cual debe estar la caída de presión que se requiere para el sistema. Figura 33. Grafico de cavitación de la válvula reductora de presión Z-TIDE. Fuente: Elaboración propia del autor. Julie Carolina Corredor Santos Página 67