cambio brusco en la velocidad del agua

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1 ANTICIPADORA DE ONDA - ANTIARIETE A partir de apuntes tomados en capacitaciones dictadas por Parte 1 anticipadora de onda de disparo hidráulico Giora Heimann Technical Consultant giorah@dorot.com Es mucho lo que se puede decir sobre el golpe de ariete y son muchos los dispositivos y mecanismos que se pueden utilizar para su control. De hecho, Dorot dispone de varios mecanismos que actúan en una u otra circunstancia. En los siguientes tres boletínes, intentaremos explicar el abc de la válvula Dorot ANTICIPADORA DE ONDA - ANTIARIETE. Introducción Bajo el nombre de transitorio, se conocen y estudian los fenómenos relacionados con la variación en la presión, ocurridos dentro de una conducción presurizada. Las variaciones en la presión están relacionadas con variaciones en la velocidad del fluido. El golpe de ariete podría ser entendido como un transitorio de gran magnitud. El Golpe de Ariete, Golpe de Presión, u Onda de Presión (Water Hammer), puede ser definido como la variación en la presión, (valores muy superiores y muy inferiores a los esperables en condiciones normales de operación), producto de un cambio brusco en la velocidad del agua En el mismo, el agua que viaja a cierta velocidad por la conducción, detiene instantáneamente la velocidad, transformando la energía de movimiento en energía de presión. ENERGIA CINETICA ENERGIA DE PRESION La sobrepresión generada, llamada onda de alta presión, viaja por la conducción. Seguida de esta, se produce una segunda fase de depresión, llamada onda de baja presión.

2 El ciclo de onda de alta presión seguido de una de baja presión se repite una y otra vez, viajando las ondas dentro de la conducción y en ambos sentidos, pudiendo ocasionar graves daños a la tubería. El golpe de ariete se verifica tanto en acueductos gravitacionales como en impulsiones y afecta a tubos, accesorios, bombas, elementos de medición, etc. En la fase de ALTA, las tuberías se rompen por superar la presión máxima. En la fase de BAJA, las tuberías se rompen o dañan por colapso o aplastamiento.

3 Donde y como se puede originar un golpe de ariete? Cada vez que se produzca un cambio brusco en la velocidad del fluido, se corre el riego de generar un golpe de ariete. A saber: Rápida apertura ó cierre de válvulas (de todo tipo ) Arranque o detención del bombeo en forma no controlada Llenado de tuberías vacías, a alta velocidad ( sinónimo de alto caudal) Violento aumento o reducción de la demanda o consumo Cierre violento del flotante de ciertas válvulas de aire En acueducto gravitacionales, cierre violento de válvulas de control de nivel Etc. En una impulsión cuesta arriba, ante una detención súbita del bombeo, el agua por inercia continúa ascendiendo. Cuando regresa en sentido inverso encuentra la válvula de retención cerrada. El flujo se detiene violentamente (cambio de velocidad ) y se genera un golpe de presión. En una impulsión presurizada (sea por gravedad o por bombeo), el cierre brusco de una válvula seccionadora detiene violentamente el flujo (cambio de velocidad ) y se genera un golpe de presión.

4 Una tubería vacía es llenada en forma descontrolada (alto caudal, alta velocidad). Al completarse el llenado se detiene violentamente el flujo (cambio de velocidad ) y se genera un golpe de presión. En ciertas circunstancias, el cierre de algunas válvulas de aire (el cierre del flotante...), ubicadas en determinados sitios, puede detener violentamente el flujo (cambio de velocidad ) y se generará un golpe de presión. En acueductos gravitacionales, el cierre de algunas válvulas de control de nivel, puede detener violentamente el flujo (cambio de velocidad ) y se generará un golpe de presión.

5 Como se puede evitar un golpe de ariete? Muy sencillo: evitando los cambios bruscos en la velocidad de circulación del agua!!! Esto que se dice ligeramente, a veces puede ser llevado a la práctica y otras veces no: Las operaciones de maniobra de válvulas, deben realizarse lentamente, permitiendo que la conducción tenga oportunidad de asimilar la variación en el flujo (recordar que las válvulas de seccionamiento de tipo mecánico como mariposas, compuertas, esclusas, etc., presentan una curva de cierre no proporcional, es decir que la real restricción en el flujo, se da en las últimas vueltas de cierre). Durante el llenado de las tuberías, mantener baja velocidad de circulación (por ejemplo m/seg) Para las estaciones de bombeo, adoptar dispositivos que permitan que la entrada y salida de régimen sea hecha en forma controlada (como la válvula de Control de Bombeo Dorot BC). Ver Boletín #13. Evitar la formación de presiones sub-atmosféricas, dimensionando y posicionando correctamente las válvulas de aire Dorot DAV. Ver Boletín #07. En los lugares donde puede existir un cierre brusco del flotante de la válvula de aire, equipar a las mismas con dispositivo limitador de onda SA Surge Arrest de Dorot. Ver Boletín #08. Para el caso de impulsiones cuesta arriba, analizar la necesidad de incorporar la VALVULA ANTICIPADORA DE ONDA ANTIARIETE.

6 Que pasa en una impulsión cuesta arriba durante un transitorio SIN PROTECCION? - Ante una salida de servicio no programada de la impulsión (por ejemplo un corte en el suministro eléctrico), la masa de agua que viene viajando a 1, 2 ó 3 m/seg, inercialmente lo seguirá haciendo, por lo que la presión en la estación de bombeo descenderá (no solo por debajo de la presión estática, sino inclusive a valores negativos). - en una segunda etapa, el flujo de agua regresa, la válvula de retención se cierra rápidamente y se genera un importante aumento en la presión. SOBRE-PRESIONES Riesgo de rotura Presión dinámica Presión estática PRESION Bar (+) 0.0 Bar (-) PRESIONES SUB-ATMOSFERICAS Riesgo de colapso TIEMPO segundos Esta secuencia se repite en varias oportunidades hasta que la energía es disipada por fricción ó si las altas presiones alcanzadas son superiores a la presión de rotura de la tubería, la misma se romperá.

7 Válvula ANTICIPADORA DE ONDA DE DISPARO HIDRAULICO La válvula Dorot anticipadora de onda de disparo hidráulico modelo RE es un dispositivo DE SEGURIDAD, la cual va a trabajar activamente solo durante la ocurrencia de un transitorio. La misma se instala EN DERIVACION, en la descarga de la bomba, aguas abajo de la válvula de retención. Es totalmente HIDRAULICA y se utiliza en bombeos cuesta arriba. Es un dispositivo ANTIARIETE, que busca evacuar el agua que regresa hacia el bombeo. La válvula RE de disparo hidráulico posee doble piloto: piloto de BAJA presión y piloto de ALTA presión. El piloto de BAJA presión, es quien dispara la apertura de la válvula (se anticipa a la onda de alta presión). El mismo se calibra por debajo de la presión estática. El piloto de ALTA presión trabaja durante el golpe de ariete y también trabaja durante la operación normal (como válvula de alivio). El mismo se calibra por arriba de la máxima presión dinámica en operación normal.

8 SECUENCIA DE FUNCIONAMIENTO Bajo un régimen de operación normal, no hay motivo por el cual la presión sea inferior a la presión estática. Si así lo fuera, es porque la conducción se encuentra en la fase de baja presión del transitorio. Y ese es un buen momento para abrir la válvula Dorot RE antiariete La válvula Dorot RE antiariete se anticipa a la fase de alta presión del transitorio (de allí su denominación de ANTICIPADORA DE ONDA).

9 BOMBEO A B PRESION DINAMICA - motor encendido - válvula de retención abierta - tubería cargada - válvula Dorot RE cerrada

10

11 Veamos, la interpretación de un golpe de ariete mediante un modelo matemático, con y sin protección de la válvula anticipadora de onda (presión vs. tiempo).

12 VALV. ANTICIPADORA VALV. DE RETENCION BOMBA Nota: la válvula anticipadora de onda, es solo uno de los elementos de seguridad que se pueden y/o deben utilizar contra el golpe de ariete. La misma necesariamente debe ser complementada con válvulas de aire, las cuales al permitir el reingreso del aire, evitan las presiones sub-atmosféricas y el consiguiente colapso de la tubería. Válvula de aire junto a válvula anticipadora de onda. Permite el re-ingreso de aire durante la fase de baja presión del golpe de ariete, evitando así la formación de presiones subatmosféricas.

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